CAPITOLUL I

Sisteme electronice de aprindere prin scanteie a amestecului carburant

Generalitati

Motoarele cu aprindere prin scanteie (MAS) – utilzate in marea majoritatea autovehiculelor - isi datoreaza buna lor functionare , pe toata durata de viata si unui reglaj corect al aprinderii la care:

- scanteia trebuie sa se aplice amestecului carburant , la momentul optim al cursei pistonului (pentru a se realiza un maxim de compresie in cilindru );

- scanteia trebuie sa aiba o anumita energie (pentru a declansa o aredere completa a amestecului carburant).

In momentul pornirii motorului, printr-un dispozitiv mecanic corespunzator , turatia acestuia se transmite unui ax pe care este fixata o cama, care in rotirea ei deplaseaza parghia contactului mobil al ruptorului (fata de celalalt contact care ramane fix ); in momentul in care cele doua contacte se inchid, prin circuitul primar al bobinei de inductie va circula un curent iar in miezul bobinei va apare un flux magnetic. Rotirea camei continuand , contactele se deschid si curentul prin circuitul primar se intrerupe . Variatia brusca a fluxului magnetic provocata de aceasta intrerupere, induce in secundarul bobinei de inductie o tensiune inalta, transmisa prin intermediul distibuitorului succesiv , fiecarui bujii care produce scanteia , si prin aceasta, aprinderea amestecului carburant. Asfel se obtine energia necesara deplasarii pistoanelor in fiecare cilindru. Desi simpla in conceptie ( bazandu-se pe principii clasice de electromecanica, cunoscute si bine stapanite ) functionarea incorecta a sistemului de aprindere , conduce nu numai la o risipa de carburant si la o pornire necorespunzatoare, dar poate determina si o incalzire puternica a blocului motor provocand o uzura prematura a acestuia . Testarea periodica a sistemului de aprindere cu o aparatura adecvata , implica nu numai o economie importanta in bugetul conducatorului auto, dar garanteaza si o functionare sigura a motorului.

Arderea in motorul cu aprindere prin scanteie

La MAS arederea incepe in momentul producerii scanteii electrice, intr-un moment determinant al ciclului , care asigura aparitia nucleului de flacara, si raspandirea flacarii in toate directiile, pana la cuprinderea in intregime a amestecului combustibil-aer ( considerat amestec omogen ). Producerea flacarii cu viteze moderate se numeste ardere normala , care determina o eficienta economica ridicata , asigurand o durabilitate si functionare de lunga durata a motorului.

1

Arderea normala poate fi studiata pe baza diagramei indicate ( fig. 1.a ) , in special a celei desfasurate (fig.1.b ) care mareste precizia investigatiei . Scanteia electrica se produce in punctul S cu avansuls fata de pms.

Unghiuls se numeste avans la producerea scanteii electrice. Dupa producerea scanteii electrice are loc prima perioada a arederii 1 , numita perioada intarzierii la aprindere, care incepe cu formarea nucleului de flacara, iar cand flacara a cuprins un volum suficient die mare de amestec combustibil – aer are loc cresterea rapida a presiunii ( moment marcat pe diagrama indicata prin desprinderea curbei de variatie a presiunii cu ardere de curba fara ardere). In aceasta a doua perioada, numita si perioada principala de ardere 2 viteza de deplasare a flacarii atinge 20-40 m/s . Durata perioadei principale arderii , care se considera incheiata cand presiunea atinge valoarea maxima , este imfluentata prponderent de intensitatea turbulentei. Perioada a treia a arderii , care se desfasoara in destindere , nu este dorita deoarece conduce la randamente scazute.

Durata celor trei perioade exprimate prin unghiurile sau timpii corespunzatori sunt influentate de factori diferiti , asfel in prima si in ultima perioada predomina influenta factorilor chimici, iar in perioada principala este hotaratoate intensitatea miscarii turbulente.

In fig. 1.b sunt puse in evidenta cateva imagini (reproduse) ale camerei de ardere, de unde se poate urmari evolutia frontului flacarii (frontul de aprindere) . Variatia concentratiei locale a unor substante in timpul arderii este evidentiata in fig. 1.c .

Uneori este posibil ca spre sfarsitul arderii normale sa apara in fluidul motor (amestecul combustibil – aer )fenomenele de autoaprindre caracterizate de viteze ridicate de propagare a flacarii. In acest caz arderea se numeste detonanta si constituie o ardere anormala.

Arderea cu detonatie limiteaza cresterea puterii si economicitatii MAS , prin marirea raportului de compresie.

Cercetarile experimentale au aratat ca arderea decurge la inceput normal , avand o desfasurare cu variatii mari de presiune doar in ultima parte ( fig.2 ).

Din schema fografiilor camerei de ardere se observa ca in fata frontului flacarii apar initial puncte cu emisie luminoasa , apoi se transforma in nuclee de flacara care se dezvolta cu viteza foarte mare (200…750m/s). Ca urmare se produc unde puternice de soc care se propaga cu viteze de circa 1200 m/s, atat in amestecul combustibil-aer nears cat si in gazele arse.

Prin reflectarea undelor de soc , pe pereti, se transforma in unde de detonatie care se deplaseaza cu viteze excesive (2000…2500 m/s).

Arderea detonanta este insotita de zgomote metalice, asemanatoare unor ciocanituri, tendinte de supraincalzire a motorului, scaderea puterii si a economicitatii.

La funcionarea mai indelungata a motorului in regim de detonatie are loc o uzura importanta a clilindrilor si segmentilor, uneori putand avea loc chiar spargerea pistonului.

Un alt tip de ardere anormala apare atunci cand arderea normala este alterata de aparitia unor aprinderi ale amesteculuide la punctele sau suprafetele supraincalzite din camera de ardere , inaite si dupa producerea scantieii elecrice, cu formarea mai multor fronturi de aprindere suplimentare. Acest tip de ardere se numeste ardere prin aprinderi secundare . Cand aprinderea secundara se produce inainte de prodecerea scanteii electrice declansata de bujie se numeste preaprindere (fig. 3.a ), iar cand se produce dupa scanteia electrica se numeste postaprindere (fig. 3.b ).

2

Functionarea motorului cu preaprinderi este neuniforma , avand loc o reducere a puterii. Postaprinderea conduce doar la marirea presiunii maxime a ciclului functional, fara a diminua prea mult puterea motorului.

Ambele tipuri de arderi cu aprinderi secundare suprasolicita piesele motorului, conducand la o exploatatre neeconomica a motorului, ca atare trbuie evitate (evitarea formarii calaminei etc.).

3

4

Influenta unor factori asupra arderii in MAS

a) Influenta factorilor constructivi Raportul de compresie are o influenta importanta asupra duratei si caracterului arederii. Prin marirea raportului de compresie se obtine reducerea duratei primei si ultimei perioade a arderii, ca urmare a cresterii presiunii care mareste viteza de reactie. Cu toate ca perioada principala este putin influentata , se reduce totusi durata totala a arderii, ceea ce conduce la cresterea puterii si imbunatatirea economicitatii motorului.

Cresterea raportului de comprimare are insa influente nefavorabile asupra arderii, favorizand ardera cu detonatie . Evitarea functionarii motorului cu detonatie , la mentinerea celorlalte conditii nemodificate , se poate realiza prin utilizarea unui combustibil cu cifra octanica superioara (fig. 4 ).

Constructia camerei de ardere influenteaza viteza de deplasare a frontului de aprindere si durata propagarii flacarii.

Camerele de ardere cu supapa in chiulasa de tip “I” fiind compacte (fig.5.a ) asigura un parcurs redus si uniform al frontului de flacara , iar camerele cu supapele inclinate (fig. 5.b) prezinta ca avantaj suplimentar posibilitatea de a spori sensibil diametrele supapelor.

Cresterea viteze medii de propagare a flacarii poate fi obtinuta prin intensificarea turbulentei, ca urmare a apropierii chiulasei de piston , obtinandu-se astfel asa numitele praguri de turbulenta (fig. 6 ) Acestea se pot realiza fie prin modificarea chiulasei( fig. 6.a si b ) fie printr-o forma adecvata a pistonului (fig. 6.c ).

Camerele de ardere compacte, cat si pragurile de turbulenta , caracterizate prin distante reduse intre bujie (B) si pereti , conduc la o durata redusa a propagarii flacarii, rezultand o crestere a lucrului mecanic indicat si a economicitatii. De fapt marirea economicitatii se explica si prin cedarea unei cantitati de caldura prin pereti, mai redusa, intrucat la constructii compacte ale camerelor de ardere , la volume egale corespund suprafete laterale mai reduse.

Camerele de ardere compacte reduc si tendinta la detonatie ( cu cat lungimea parcursului pentru propagarea flacarii este mai redusa , cu atat se asigura timp mai limitat pentru formarea peroxizilor - nuclee de flacara – amestecul nears din fata frontului de flacara).

Natura si starea materialelor peretilor camerelor de ardere influenteaza schimbul de caldura . Materialele usoare cu conductivitate termica ridicata asigura pieselor temperaturi mai coborate, ceea ce reduce tendinta la detonatie.

b) Influenta factorilor de exploatare

In cadrul acestor factori se considera: conditiile mediului ambiant; dozajul; avansul la producerea scanteii electrice; turatia ; sarcina ; regimul termic si natura combustibilului.

Conditiile mediului ambiant au o influenta indirecta asupra amestecului combustibil-aer la inceputul arderii, prin intermediul proceselor admisiei si comprimarii.Prin marirea presiunii initiale “p0” se scurteaza primele doua perioade ale procesului arderii( si) , insa aceasta favorizeaza aparitia detonatiei, ceea ce limiteaza aplicarea supraalimentarii la MAS.

5

6

Cresterea temperaturii initiale “ To” determina o crestere proportionala a temperaturii in momentul producerii scanteii electrice . La ceilalti factori constanti cresterea temperaturii conduce la prelungire primei perioade si a celei principale .Aceasta se explica prin cresterea viscozitatii gazelor cu temperatura care conduce la reducerea turbulentei. Asa cum s-a aratat cresterea temperaturii initiale are ca urmare si reducerea coeficientului de umplere. Aceste doua efecte se manifesta prin reducerea puterii si economicitatii motorului, precum si prin accentuarea tendintei de ardere detonanta.

Dozajul , respectiv proportia combustibilului in amestec ce aerul d , sau coeficientul de exces de aer , influenteaza sensibil durata primelor doua perioade ale arderii (fig. 7 ) , precum si puterea, respectiv economicitatea motorului.

Dozajul optim si emisia de poluanti depind foarte mult si de natura combustibilului. In fig. 8 se reda influenta dozajului asupra randamentului indicat si asupra emisiei de oxid de azot , pentru un motor functionand cu metanol comparativ cu benzina, de unde se observa avantajul metanolului.

In cazul injectiei de benzina, injectia mixta in galeria de adimisie si direct in camera de ardere este favorabila di punct de vedere al economicitatii si (fig. 9.a ) intr-o gama mai larga de variatie a dozajului ( comparativ cu MAS clasic . Cand injectia are loc fie in galeria de adimisie (fig. 9.b ) fie direct in camera de ardere, emisia de poluanti este redusa intr-o gama mai restransa de variatie a dozajului (

La anumite dozaje pot aparea rateuri (zgomote sub forma de explozie ) care se produc in carburator sau in colectorul de evacuare . Rateurile din carburator se produc la amestecuri foarte sarace, cand arderea se prelungeste mult in destindere , iar in perioada deschiderii supapelor flacara patrunde in colectorul de admisie aprinzand amestecul proaspat.

Rateurile in colectorul de evacuare sunt provocate de amestecuri bogate. In acet caz produsele arderii incomplete, cand ajung in contact cu aerul din colectorul de evacuare , se aprind exploziv.

Incercarile experimentale arata ca la dozaje bogate, apropiate de dozajul de putere maxima, apare intensitatea detonatiei( ID) maxima. Tot la aceste dozaje este si tendinta maxima de preaprinderi secundare.

7

8

9

Rezulta deci ca functionarea la dozaje cu este cea mai recomandata. Nici functionarea la dozaje prea sarace nu este recomandata, deoarece creste uzura motorului(ciclurile functionale se realizeaza in conditii nefavorabile , crescand durata de ardere , flacara vine incontact cu pelicula de ulei de pe oglinda cilindrului), ca urmare a unui regim termic mai ridicat a pieselor motorului.

Avansul la producerea scanteii electrice are o influenta sensibila asupra procesului de ardere si a diagramei indicate. Avansul optim duce la obtinerea unei diagrame indicate cu suprafata maxima ( lucru mecanic maxim ), respectiv la putere si economicitate maxime (fig. 10 ).

Avansul optim se realezeaza cand faza principala de ardere se plaseaza simetric fata de pms ( fig. 10.b) , deoarece in acest caz se obtine o durata minima a arderii.

Durabilitatea motorului este , deasemenea, influentata de unghiul de avans . O valoare a avansului mai mica decat cea optima conduce la o uzura mai intensa a cilindrului si pistonului, deoarece deplasarea arderii in detenta mareste timpul de contact al flacarii cu cilindrul , ridicand nivelul regimului termic al motorului. La o valoare mai mare a avansului decat cea optima au loc solicitari termomecanice mari ale pieselor motorului din cauza presiunii maxime si a vitezei de crestere a presiunii ( p/). Odata cu marirea unghiului de avans se accentueaza si tendinta spre detonatie , ca urmare a faptului ca amestecul final se creeaza conditii mai bune pentru formarea peroxizilor (nucleelor de flacara secundare ).

Turatia n influenteaza durata arderii exprimata in grade RAC , conform relatiei: n

10

in care :este timpul , in secunde . Din fig. 11 se observa ca primele doua perioade ale arderii si exprimate in

secunde se reduc cu cresterea turatiei, desi portiunea din ciclul functional ( afectata arderii creste , rezulta deci ca la s =ct. odata cu marirea turatiei arderea se prelungeste in destindere (fig.12 ) . Remediul consta in modificarea unghiului de avans s, astfel incat la fiecare turatie sa se obtina diagrame indicate de suprafata maxima, pe cat posibil suprapuse ( fig.12.b). Reglarea se realizeaza prin intemediul unor dispozitive centrifugale auomate, care maresc avansul cu cresterea turatiei.

Influenta unghiului de avans la producerea scanteiielectrice asupra parametrilor principali (a) ai motorului si asupra diagramei indicate (b).

11

12

Sarcina, care la MAS se regleasa prin obturator ( clapeta de acceleratie ) , influenteaza deasemenea arederea . Reducera sarcinii conduce la cresterea perioadelor de ardere (fig. 13 ).

Marirea duratei arderii se reflecta in micsorarea randamentului indicat al motorului

Prin marirea unghilui de avans la producerea scanteii electrice , odata cu reducerea sarcinii, astfel incat perioada principala a arderii ( ) sa inceapa intodeauna intr-un moment optim , are ca urmare imbunatatirea functionarii motorului la sarcini reduse .

La marirea sarcinii, in fata frontului de flacara se creeaza condiitii pentru concentrarea peroxizilor si initierea arderii detonante , efect care-l depaseste pe acele al micsorarii duratei propagarii flacarii ( la o turatie constanta , conform fig. 13 si relatiei x = pe/Pec).

Rezulta ca functionarea cu detonatie eset mai accentuata la deschiderea completa a clapetei de acceleratie ( sarcina maxima) si turatii scazute.Alegerea combustibilului (considerand ca ceilalti factori sunt optimi) trebuie astfel facuta incat sa evite apritia detonatiei la regimurile mentionate.

Regimul termic al motorului favorizeaza arderea anormala ( detonanta si cu aprinderi secundare ) . Utilizarea unor solutii de racire eficace a camerei de ardere conduce la atenuarea acestor efecte .

Natura combustibilului influenteaza durata arderii prin compozitia chimica si viteza de reactie .

Principalul criteriu pentru alegerea unui combustibil este capacitatea antidetonanta a lui , exprimata prin cifra octanica CO (Procentul in volume este de izooctan intr-un amestec etalon , format din izooctan si normal-heptan care are aceeasi sensibilitate la detonatie ca si combustibilul dat .

Cifra octanica a benzinei se ridica prin aditivi. Cel mai folosit aditiv este tetra etilul de plumb (TEP) care adaugat in cantitati mici ,2…4ml TEP/l de benzina sporeste CO cu 10…20 unitati. TEP –ul fiind foarte toxic se imune ca benzinele aditivate ( CO/R 98) sa fie colorate pentru a se deosebi si a fi manipulate cu atentie.

In urma analizei factorilor de influenta asupra arderii in MAS rezulta urmatoarele posibilitati practice de realizare a arderii normale : folosirea benzinei recomandate de firma constructoare si filtrarea corespunzatoare a acesteia ; reglarea corecta a selectorului octanic in functie de calitatea benzinei si asigurarea functionarii corecte a dispozitivului centrifugal pentru reglarea avansului; alegerea corecta a bujiilor si mentinerea acestora in perfecta stare de functionare ; reducerea sarcinii sau marirea turatiei motorului, prin alegerea corespunzatoare a treptelor de viteza ; intretinerea corecta a sistemului de racire ( calitatea corespunzatoare a lichidului si evitatere formarii depunerilor); revizii si intretineri periodice conform prescriptiiilor tehnice date de uzina constructoare.

Utilizarea practica a diverselor montaje de aprindere electronica pe autoturisme a permis in mod statistic stabilirea unor concluzii care pledeaza in plus in favoarea acestor adaptoare in schema electrica a autovehiculelor. Motoarele cu aprindere prin scanteie - utilizate in marea majoritate a autovehiculelor - isi datoreaza buna lor functionare, pe toata durata de viata, si unui reglaj corect al aprinderii prin care:

-scanteia trebuie sa se aplice aamestecului carburant, la momentul optim al cursei pistonului ( pentru a se realiza un maxim de compresie in cilindru );

13

-scanteia trebuie sa aiba o anumita energie ( pentru a declansa o ardere completa a amestecului carburant).In momentul pornirii motorului , printr-un dispozitiv mecanic , corespunzator , turatia acestuia se transmite printr-un ax pe care este fixata o cama , care in rotirea ei , deplaseaza parghia contactului mobil al ruptorului ( fata de celalalt contact care ramane fix); in momentul cand cele doua contacte se inchid , prin circuitul primar al bobinei de inductie va circula un curent iar in miezul bobinei va apare un flux magnetic . Rotirea camei continuand , contactele se deschid si curentul prin circuitul primar se intrerupe . Variatia brusca a fluxului magnetic provocata de aceasta intrerupere , induce in secundarul bobinei de inductie o tensiune inalta, transmisa prin intermediul distribuitorului succesiv, fiecarei bujii care produce scanteia, si prin aceasta , aprinderea amestecului carburant. Astfel se obtine energia necesara deplasarii pistoanelor din fiecare cilindru.

Desi simpla in conceptie ( bazandu-se pe principii clasice de electromecanica , cunoscute si bine stapanite ) functionarea incorecta a sistemului de aprindere, conduce nu numai la risipa de carburant si la o pornire necorespunzatoare, dar poate determina si o incalzire puternica a blocului motor provocand o uzura prematura a acestuia .

Testarea periodica a sistemului de aprindere cu o aparatura adecvata , implica nu numai o economie importanta in bugetul conducatorului auto, dar garanteaza si o functionare sigura a automobilului.

CAPITOLUL II

14

Sistemul clasic de comanda a aprinderii

Principalele componente ale unui sistem de aprindere functionand pe principiul clasic, sunt prezentate in figurile de mai jos.

Sistemul de aprindere clasic

Energia necesara scanteii de aprindere , este luata de la bateria de acumulatoare a autovehiculului. Primarul bobinei de inductie este conectat la minusul bateriei prin contactele ruptorului, a carui parghie mobila este actionata de o cama, care, in rotirea sa, urmareste o lege bine determinata in functionarea aprinderii.

In momentul intreruperii curentului din infasurarea primara , in secundarul bobinei de inductie ia nastere o tensiune inalta care , prin intermediul ploturilor

15

distribuitorului , se aplica succesiv bujiilor , la electrozii carora se produc scanteiile de aprindere.

Din cauza curentilor relativ mari (de ordinul 4…5 A) ce apar in circuitul primar, “ruperea unui astfel de curent provoaca intre contacte o flama; acestea inafara semnalelor perturbatoare pe care le produce in intreg spectrul de frecvente radio , uzeaza si materialul contactelor.

In sistemul clasic acest neajuns este ameliorat prin montarea unui condensator de decuplare intre contactul mobil si cel fix .

Subliniem cateva inconveniente ale unui sistem de aprindere clasic, pe care electronica – in dezvoltarea ei multidirectionala – incearca sa le rezolve:

- contactele ruptorului sunt supuse unui regim termic ridicat, din cauza curentului ridicat ce le strabate. Condensatorul de decuplare nu reuseste sa inlature acest efect.

- uzarea contactelor provoaca modificari ala unghiului Dwell, asfel incat energia acumulata inprimarul bobinei scade, inalta tensiune se reduce, determinand micsorarea energiei scnteii. Reglarea distantei dintre cele doua platine (contacte) ale ruptorului trebuie facuta relativ des ,avandu-sein vedere si refacerea planeitatii contactelor;

- tensiunea primara (aplicata infasurarii bobinei de inductie de la bateria de acumulatoare) fiind redusa, ridicarea tensiunii din secundar este limitata de dificultati constructive, precum si de costul relativ ridicat (intrucat sunt necesare masuri de asigurare a unei izolatii corespunzatoare);

- energia de aprindere cedata bujiilor este relativ mica (aproximativ 20mJ) ; de aici si pornirea dificila a motorului pe timpul anotimpului rece . O data cu cresterea turatiei motorului (peste 4000 rot/min ), aceasta energie incepe sa scada ducand la un randament scazut al aprinderii (consum ridicat, aredere incompleta, poluare ridicata);

- la viteze mari (pentru motoarele in patru timpi la viteze de peste 6000 rot/min ), apar vibratii ale contactului mobil , care vibratii produc o reducere importanta a energiei imagazinatein bobina primara. Toate aceste deficiente au ca urmare functionarea motorului cu un randament scazut , in special la turatii mari.

Dispozitive electronice de comanda a aprinderii pentru motoare in patru timpi

16

Dipozitive cu tranzistoare (“aprindere cu contact”)

In solutia adoptata a aprinderii electronice cu tranzistor, s-a pornit de la sistemul clasic mecanic de aprindere, ajungandu-se prin analogie la schema principala din fig.14.

Asa cum rezulta din aceasta figura, tranzistorul preia functia ruptoruluisituat in primarul bobinei de inductie (ruptorul continuand sa ramana utilizat pentru comanda unor curenti redusi ).

Pentru indeplinirea functiei de “intreruptor” (inchis/deschis), tranzistorul trebuie sa fie comandat , functie asigurata de ruptorul deja existentin sistemul de apridere (comandat la randul sau ,de axul cu came al motorului). Rezulta ca, in schema de aprindere electronica “ cu contact”, tranzistorul are numai rolul preluarii functiei de “putere” ( inchizand circuitul din infasurarea primara a bobinei , prin care circula un curent de ordinul amperilor). Cand contactul ruptorului este inchis , baza tranzistorului este asfel polarizata prin R1 , incat acesta se inchide,, conducand curentul din infasurarea primara a bobinei. La deschiderea contactului ruptorului, nemai fiind polarizat pe baza, tranzistorul se va bloca , asfel incat prin circuitul primar al bobinei der inductie nu va mai circula curent.

Evolutia in timp a acestui proces este prezentata in fig. 15 . In momentul in care contactul ruptorului se inchide , curentul in primar , va creste cu o anumita intarziere , producand in bobina un camp magnetic (energia se imagazineaza inductiv). Cand fiecare piston se afla – pe rand – in apropierea de punctul mort superior (punctul de aprindere), contactul ruptorului se deschide si curentul din circuitul primar se intrerupe . Este momentul in care energia inmagazinata, induce in secundar o tensiune de peste 15000V

17

18

care prin distribuitor , se aplica succesiv bujiilor, declansand pe rand, in fiecare cilindru aprinderea amestecului carburant.

Sistemul de aprindere se numeste “ cu contact” , deoarece blocarea sau trecerea in conductie a tranzistorului este determinata de contactul inchis / deschis al ruptorului.

In schema din fig. 14 rezistoarele Rs1 si Rs2 limiteaza lurentul din circuitul primar, deci incalzirea bobinei de inductie. Din cauza curentului de pornire relativ mare, rezistorul Rs1 este scurt circuitat la pornirea motorului. In caz contrar, scaderea tensiunii bateriei de acumulatoare ar fi condus la una curent mai mic in primar si ac urmare la o tensiune lao tensiune aplicata bujiilor mai redusa , ceea ce ar fi produs dificultati di aprindere la pornire , in special cand bujiile sun reci .

Practic se constata ca scaderea tensiunii de alimentare pana la 8V, asigura o pornire fara dificultati. Rezistenta in serie cu circuitul primar al bobinei de inductie , exista nu numai in cazul folosirii unui dispozitiv de aprindere electronic , dar si in cazul utilizarii sistemului mecanic clasic .

Figura 16 reprezinta interconectarea elementelor unei instalatii de aprindere electronica “cu contact”.

In cazul utilizarii unui singur tranzistor , contactul de comanda ( ruptorul ) se afla la un potential pozitiv fata de masa, fapt ce implica masuri adecvate de izolare ( prin modificarea ruptorului existent). Pentru evitarea acestei situatii se introduce un al doilea tranzistor, schema de principiu rezultata fiind reprezentata in fig.17 . In felul acesta ruptorul existent ramane nemodificat; curentul prin contact se reduce de peste 10 ori (la cca. 0.3 A ), evitandu-se suprasolicitarea termica a contactelor.

Tranzitorul de comutare T2 (fig. 17 ) este – datorita solicitarii sale deosebite in putere si tensiune – de tipul “in conexiune Darlington”. Unii producatori realizeaza chiar circuite integrate specializate pentru sistemul de aprindere electronica.

In ceea ce priveste bobina de inductie , trebuie subliniat un aspect. Caderea de tensiune pe tranzistorul de comutare in conductie , este de aproximativ 1.5 V ( in sistemul

19

clasic, caderea de tensiune pe contactul mecanic fiind aproximativ 0.2 V ). In consecinta pentru compensarea pierderilor in tranzistor va trebui sa folosim o bobina avand rezistenta infasurarii primare cat mai redusa .

20

In mod normal, inalta tensiune furnizata de bobina de inductie scade la cresterea turatiei (fig. 18) , deoarece se reduc duratele de inchidere ale contactului ruptorului.

La motoarele cu 4 cilindri de clasa medie, exista inca o mica rezerva (u in fig. 18 ), care permite totusi obtinerea aprinderii pana la turatii ale motorului de cca. 6000 rot/min (tensiunea normala de aprindere Uz a fost considerata in acest caz , ca fiind 15000 V). Pentru motoarele cu 6 sau 8 cilindri si pentru turatii relativ mari, aprinderea nu mai este sigura. Producatorii de specialitate au construit bobine care, si in aceste cazuri, reusesc sa imagazineze suficienta energie, pentru a putea declansa aprinderea (curba b, fig. 18 ).

Inductanta noului tip de bobina este mai mica , asigurand inmagazimarea unei energii adecvate, intr-un timp mai scurt ceea ce permite functionarea corecta si la turatii mari.

In cazul utilizarii bobinelor cu inductanta redusa , curentii de rupere ating valori de ordinul a 9 A (fig. 19 ) si nu pot comutati fiabil decat cu componente electronice ( un contact clasic, mecanic, va ceda dupa un timp relativ scurt de functionare – datorita supraicalzirii sale – astfel incat curentul maxim admisibil al unui asfel de contact nu depaseste 5 A).

Ca urmare bobinele cu inductanta scazuta pot fi controlate cu ajutorul unor circuite adecvate ,o tensiune inalta relativ independenta de turatie , pote fi asigurata numai de o bobina avand inductanta redusa, comandata electronic ( cuba “b” comparativ cu “a” fig. 18 ). Limitarea de turatie in cazul dispozitivului clasic se datoreaza numai sistemului mecanic ( contactului mobil) pentru comandaintreruperii circuitului primar. Depasind un anumit numar de deschideri /inchideri pe minut contactul mobil produce unele vibratii , implicand reducerea timpului de inchidere (deci micsorarea

21

corespunzatoare a energiei imagazinate). Ca urmare scade inalta tensiune (portiunea hasurata fig. 18 )

Avantajele utilizarii unui circuit cu tranzistoare, consta in eliminarea frecarilor si uzurii mecanice, posibilitatea comutarii unor curenti mai mari si cresterea vitezei de comutare.

Producerea scanteilor de contact – “scanteierea” – in cazul ruptorului mecanic , determina cu timpul arderea si erodarea contactelr in special la turatii reduse sau medii. Chiar existenta condensatorului de decuplare / deparazitare, montat intre contactul fix si cel mobil nu poare reduce parazitii radio electrici generati prin scanteiere.

La folosirea sitemului electronic nu se produc scantei si deci nici erodarea contactelor. Acestea vor dura mai mult si reglarea lor va trebui facuta la intervale de timp mult mai mari.

Practic s-a constatat ca durata de viata a acestor contacte utilizate intr-un sistem electronic de aprindere este de trei ori mai lunga .

CAPITOLUL III

Stadii ale dezvoltarii actuale ale aprinderii electronice

Dispozitivul de aprindere electronica cu tranzistoare din fig. 20 este relativ simplu de realizat, dar eficient si fiabil. Elementele componente pot fi gasite cu usurinta in comert. Montajul a fost experimentat cu bune rezultate pe autoturismele Dacia 1300, Volkswagen1600, Ford Capri 1600 . Cu schimbarea corespunzatoare a valorilor rezistoarelor , poate fi utilizat si pe autoturismele avand bateria de acumulatoare de 6 V .D4 este o dioda Zener, compusa prin inserierea a maximum 5 diode Zener, ale caror tensiuni Uz insumeaza 200…280 V ( sunt suficiente cele cu o putere disipata de 250 mW – de ex. 3 buc. BZX 79).

Tranzistorul T2 tip BU 111 , poate fi inlocuit cu BUX 90 sau BUX81 (produse de IPRS – Baneasa ).

Condensatorulde decuplare (montat in varianta intre contactele ruptorului ),trebuie scos din circuit, intrucat actiunea lui , in sistemul de aprindere electronica, reduce eficienta acestuia la cresterea turatiei.

In fig. 21 se prezinta un alt dispozitiv de aprindere electronica, tranzistoarele T1, T2, functionand ca amplificatoare de curent.

Cand contactul ruptorului este inchis , prin cele doua rezistoare R2, R3 circula curent, formand pe R2 tensiunea Ube, necesara deschiderii tranzistorului T1 . Acesta intra in conductie, determinand la randul sau , prin asigurarea unei tensiuni corespunzatoare pe R5, deschiderea tranzistorului de putere T2.

22

In circuitul primar al bobinei de aprindere se va inmagazina inductiv energia care, in momentul deschiderii contactelor ruptorului, - implicand blocarea tranzistoarelor T1, T2 - , va fi cedata infasurarii secundare sub forma unei tensiuni inalte ( de ordinul 15…20000V), de durata de aproximativ 100 s si avand o energie de 20…40 mJ.

Asemanator tuturor circuitelor de aprindere ce folosesc ca”intrerupator” tranzistorul acesta trebuie sa fie de constructie speciala (de curent de colector pana la 10A, tensiune inversa peste 300…400V, timpi de comutare relativi mici etc. ). Cu toate acestea pentru protectia tranzistorului, se monteaza intre colector si emitor o dioda (sau grup de diode Zener ) D3 de 300…400V, in paralel cu un condensator (C2) , de aproximativ 0.1F.

23

Lipsa unui punct de masa la bobina de inductie constituie un dezavantaj al sistemului prezentat. In cazul unor conductoare de alimentare relativ lungi , apare probabilitatea perturbarii receptiei emisiunilor radiofonice.

Valoarea rezistentei R3 se alege in timpul reglajului initial , pentru asigurarea unei deschideri corecte a tranzistorului T1 (Uce=0.1V).

Schema prezentata asigura bune rezultate pana la 5000…6000 rot/min.Dispozitivul prezentat in fig. 22 este conceput de firma Siemens . Tranzistorul de

putere BUX 37 este special conceput ( in interiorul capsulei are doua tranzistoare in conexiune Darington si o dioda de limitare a tensiunii inverse colector – emitor ). Un varistor V tip SO7K250 protejeaza jonctiunea colector – baza la supratensiune; condensatorul C2 din colectorul tranzistorului final, formeaza cu bobina de inductie un circuit acordat. Tranzistorul BD136 este necesar pentru a permite conectarea ruptorului ( avand un contact la masa ) cu tranzistorul T2 . Prin ruptor circula un curent de crutare de aproximativ 250mA.

Cele doua tranzistoare lucreaza in regim de comutare ( inchis – deschis ).Tinand seama ca ruptorul este inclus intr-un circuit rezistiv ( deci nu se produc

oscilatii ), la bornele lui se pate conecta un turometru, fara a fi necesara montarea unui filtru suplimentar.

Schema prezentata poate functiona si in autovehicule cu tensiunea bateriei de acumulatoare 6V, cu conditia modificarii valorii rezistoarelor:R1 devine 18 ohmi/1W , iar R3 8.2 ohmi/2W. In rest schema ramane nemodificata.

24

Dipozitive cu tiristoate ( “aprinderea prin descarcare capacitiva”)

Preluarea functiei de “rupere” a curentului in circuitul primar ( din sistemul clasic al aprinderii) de catre tranzistor, a adus unele avantaje, amintite anterior. Au ramas insa doua mari probleme de rezolvat:

- frontul impulsului de “aprindere” nu este suficient de abrupt, datorita acestui fapt energia campului magnetic dispare relativ lent;

- tensiunea din primarul bobinei de inductie este relativ mica ( egala cu tensiunea bateriei de acumulatoare, de ex. 12V ). Tensiunea inalta aplicata bujiei continua sa ramana in limitele 10000…15000V.

- Sistemul de aprindere cu descarcare capacitiva vine sa amelioreze aceste neajunsuri.Un convertor c.c./c.c. echipat cu tranzistoarele T1, T2 (fig. 23 ) ridica rensiunea

de 12V, la aproximativ 400…600V, tensiune ce este utilizata pentru incarcarea unui condensator (C2) cu o constanta de timp independenta de turatia motorului.

Cu fiecare deschidere a contactului, prin tranzistorul de comanda T3 tiristorul intra in stare de conductie, producand descarcarea energiei acumulate de condesatorul C2, in circuitul infasurarii primare a bobinei de inductie.Bobina de inductie comportandu-se ca un transformator ridicator de tensiune, transmite intreaga energie, scanteii de aprindere.

Pentru acest dispozitiv tensiunea inalta este de 38 kV, la o turatie a motorului de 50 rot/min, pentru o tensiune a bateriei de acumulatoare de 12.5 V.

25

Chiar pe durata functionarii demarorului, timp in care tensiunea bateriei de acumulatoare la 8.5 V , inalta tensiune continua sa fie de 26 kV.

Durata impulsului de tensiune aplicata infasurarii primare a bobinei de inductie este functie de turatia motorului, variind asfel : 0.6ms in tipul demarajului (tensiunea bateriei de 8.5 V ), 0.4ms intre 500 si 4000 rot/min (tensiunea bateriei 12…14 V) si ajunge la 0.2ms la 6000 rot/min (tensiunea bateriei de 14.5 V).

Alte valori numerice indica superioritatea acestui sistem, fata de cel cu aprindere clasica: asfel in cazul acestuia din urma rezistenta de contact a platinilor (intre contactele inchise ale ruptorului), trebuie sa fie de ordinul a unei miimi deohm, iar rezistenta de fuga (la contacte deschise) de ordinul miilor de ohmi. Cu dispozitivul electronic prezentat in fig. 23 , aprinderea continua sa functioneze normal pana la rezistente de contact de circa 7 ohmi si cu o rezistenta de fuga de 100 ohmi (practic un curent de fuga de 120mA).

Dispozitivul de aprindere electronica cu tiristor din fig. 24 ,foloseste bobina existenta in sistemul mecanic. Convertorul c.c-c.a. echipat cu doua tranzistoare( T1 si T2) cu siliciu tip BDY 34, produce mai intai o tensiune alternativacu frecventa de 100 Hz; aceasta este aplicata apio unei punti de redresare, rezultand o tensiune continua ce se aplica condensatorului C5. Pentru o valoare a acestuia de 2 F si tensiune de 250…350V, se obtine o energie inmagazinata de cca 65 mJ.

In momentul in care se produce aprinderea , la deschidera contactelor ruptorului, se aplica un impuls in poarta tiristorului. Acesta intra in conductie si energia inma-gazinata in condensatorul C5 , este cedata infasurarii primare a bobinei de inductie. Deoarece C5 impreuna cu bobina formeaza un circuit oscilant, se va produce o descarcare oscilanta, care dureaza insa o singura perioada. Pe timpul altenantei pozitive conduce tiristorul iar pe timpul alternantei negative – dioda D2 .Deoarece pe timpul

26

acestei ultime alternante curentul prin tiristor scade sub valoarea curentului de mentinere in stare de conductie, tiristorul se blocheaza. Asfel oscilatia dureaza o singura perioada.

La acest sistem de aprindere , tensiunea inalta de cca. 25 kV este practic independenta de turatie. Ca urmare apare o reducere a consumului de combustibil (datorita cresterii puterii motorului ), se inlatura arderea contactelor, se prelungeste viata bujiilor. De asemenea se observa o pornire mai usoara pe anotimpul rece.

Curentul absorbit de intregul sistem la ralanti este de cca 0.5 A.Dispozitivul de aprindere electronica cu tiristor ( produs de ITT – Intermetall –

R.F.G. ) din fig. 25 , are un condensator “tampon” C1 ce se incarca, de aceasta data, numai cu un singur impuls. Tranzistorul T1 lucreaza intr-un circuit de oscilator autoblocat. Cand contactul ruptorului se inchide, in colectorul lui T1 apare o modificarede tensiune (prin D3, C4) in sens negativ, tensiune ce declanseaza monostabilul echipat cu T1. In transformatorul monostabilului se va inmagazina o energie, care se elibereaza in momentul incetarii functionarii monostabilului. In infasurarea n3 va apare o tensiune de 300V care , redresata de D4 si D5, se va aplica condensatorului tampon C1.

In momentul in care contactul ruptorului se deschide, in poarta tiristorului apare un impuls pozitiv si tiristorul intra in conductie. Condensatorul C1 se descarca oscilant prin infasurarea primara a bobinei de inductie, oscilatia insa dureaza numai o singura perioada a bobinei de inductie , oscilatia insa dureaza numai o singura perioada datorita diodei conectate in paralel, D1.

Circuitul prezentat asigura o frecventa de aprindere de pana la 300 Hz, ceea ce reprezintao turatie maxima de 9000 rot/min. De asemenea el asigura o pornire certa pe

27

timpul anotimpului rece, putand functiona intr-un domeniu larg al tensiunii bateriei de acumulatoare (6.5…16 V).

Industria electronica sovietica produce patru dispozitive de aprindere electronica cu tiristor folosind principiul descarcarii unui condensator, produse sub denumirea: “Iskra-1” , “Iskra-2” ,”A3-2”, “A3-3”.

Toate aceste patru sisteme sunt in principiu asemanatoare, diferind numai prin detalii constructive si accesorii.

Date tehnice generale:

-tensiunea de alimentare: 6.5…15V-tensiunea in secundar :270…450V (dependenta de temperatura)-energia de aprindere :45mJ-frecventa maxima de aprindere pentru tensiunea maxima in primar: 200Hz-frecventa maxima de aprindere pentru tensiunea minima in primar: 20 Hz-curent absorbit la ralanti :0.3A-curent prin ruptor :0.22A -masa :1kg (Iskra-1)

1.8kg(Iskra-2) 1.7kg(A3-2, A3-3)

-temperatura admisibila a mediului ambiant :-40…+65 grade Celsius

Schema de principiu a dispozitivului Iskra-1 este prezentata in fig.26 . Se disting urmatoarele etaje functionale:

- trigger-ul echipat cu tranzistoarele (T1 , T2);- comutatorul de putere (T3, T4, T5);- transformatorul (T1);- generatorul impulsului de aprindere , format din tiristorul D6, condensatorul de

aprindere C4, grupul de comanda al tiristorului format din C5, C7 ,R19 si R22 si dioda de descarcare D8.

- dioda de redresare D5. La conectarea tensiunii de alimentare prin cheia de contact, independent de pozitia ocupata de contactele ruptorului(inchis sau deschis), triggerul se gaseste in starea T1 blocat T2 conduce, acasta deoarece R6 din baza lui T3 are rezistenta mult mai mica decat R7 ,R8 ,R9 din baza lui T1.

Faptul ca T2 conduce, aduce in aceeasi stare si tranzistoarele de putere T3, T4 si T5.

La conectarea tensiunii va circula un curent crescator prin infasurarea n1 a transformatorului prin R17 , D4, T5 (viteza de crestere fiind determinata de inductanta infasurarii primare ). Prin T6 va circula de asemenea un curent (prin R12 D2 D3 ); T7 este blocat.

Cu cresterea curentului in infasurarea n1 , creste caderea de tensiune pe R17 ; cand aceasta valoare atinge tensiunea de deschidere a diodelor D2 , D3 tranzistorul T7 al schemei comparatorului se va deschide, iarT 6 se va debloca. UN impuls negativ, din colectorul lui T6 , se aplica prin condensatorul C3 in baza lui T1, triggerul fiind adus in starea T1 conduce , T2 blocat. Ca o consecinta tranzistoarele T3 , T4, T5 se blocheaza si curentul din infasurarea n1 se intrerupe.

28

Energia inmagazinata in circuitul magnetic al transformatorului, produce un impuls . Impulsul pozitiv de la sfarsitulinfasurarii n2 se aplica prin dioda D5 condensatorului C4 , pe care-l incarca pana la tensiunea de 350 V, tensiune pe care condensatorulo va ceda infasurarii primare a bobinei de inductie . In infasurarea secundara , tensiunea inalta se va aplica bujiei, pe durata de cateva microsecunde.

Inductanta infasurarii primare formeaza impreuna cu condensatorul C4 un circuit oscilant , obtinandu-se o oscilatie amortizata. Curentul in acest circuit oscilant este decalat fata de tensiunea din primar cu 90 grade; dupa un sfert de perioada (circa 60 s) , tensiunea in bobina primara va trece prin zero si va schimba semnul. Tiristorul va intra in conductie . Descarcarea in circuitul secundar va dura pana la descarcarea intregii energii magnetice din bobina.

Temperatura si energia acestei descarcari poate fi comparata cu cea a unei aprinderi obisnuite , bazate pe principiul descarcarii unui condensator . Durata descarcarii are o influenta pozitiva asupra motorului , facilitand astfel startul la cald si micsorand toxicitatea gazelor emanate.

Odata cu formarea scanteii, la deschiderea contactului, prin n1 va circula un curent crescator , tranzistorul T5 se va deschide , condensatorul C4 se va reincarca la 350 V.

Neglijand pierderile , energia magnetica din primarul transformatorului este cedata condensatorului. Din acestea, se poate calcula tensiunea pe condensator:

Uc =I1L1CUnde s-a notat:

I1 – curentul maxim prin infasurarea primara ;L1 – inductanta primara a transformatoruluiC – capacitatea condensatorului de inmagazinare.

29

Se observa ca tensiunea condensatorului de inmagazinare (de “aprindere”) , nu depinde de tensiunea de alimentare; pentru valori constante L1 si C , valoarea acestei tensiuni depinde numai de curentul de itrerupere care la randul sau este determinat de cadrea de tensiune pe D2, D3 ,R17.

In acest fel tensiunea din secundar va fi o tensiune stabilizata.Variatiile rezistentelor inrterne ale dodelor D2 , D3 conduc la o variatie a

curentului de intrerupere si in acest fel , la o variatie a tensiunii din secundar.O alta influenta o are si temperatura ; la temeraturi ridicate creste caderea de

tensiune pe D2 si D3, tensiunea pe condensator coborand la 270 V (tensiune minima ).Aceasta dependenta a tensiunii din secundar de temperatura , influenteaza pozitiv

startul la rece; dar fiabilitatea sistemului scade , deoarece cele doua diode lucreaza la limita de temperatura ; scaderea tensiunilor secundare duce la dificultati de pornire la cald.

Rezistorul R18 inlatura aparitia oscilatiilor in infasurarile transformatorului in momentul blocarii lui D5, la sfarsitulmincarcarii condensatorului.

Fara acest rezistor , comutarea tiristorului nu s-ar fi facut la deschiderea conractului , ci la sfarsitul incarcarii condensatorului. Acesta ar fi avut ca urmare o intarziere a aprinderii cu cca.4ms, fapt ce ar fi dus la dificultati in cazul turatiilor mari.

Dioda D4 asigura blocarea tranzistorului T5 cand T3 si T4 sunt blocati. ‘Condensatoarele C2 C6 servesc la atenuarea semnalelor perturbatoare produse

prin comutarea (inchiderea - deschiderea )diverselor aparate sau dispozitive de la bordul autoturismului.

In fig. 27 este prezentata schema de principiu optimizata (parametrii si fiabilitate), ce cuprinde principalele modificari fata de cea prezentata in figura anterioara.

- tranzistoarele M sunt inlocuite cu KT 203 A- tranzistorul T3 tip 701 este inlocuit cu KT 608 A- tranzistorul cu siliciu T4, tip701 este inlocuit cu .

30

Aceste schimbari permit si o micsorare a tensiunii de alimentare (4.5 ..5V).Pentru protectia circuitului la varfuri parazitare de tensiune , au fost adaugate diodele D10 si D11. Circuitul de aprindere al tiristorului a fost de asemenea modificat. In catodul tiristorului este montata o rezistenta de limitare R20.

Condensatorul de inmagazinare pentru Iskra – 1 este format din doua condensatoare montate in paralel de tipul MbM 500 V/0.5F, iar pentru Iskra-2dintr-un condensator MbTO 500V/1F.

Transformatorul este acelasi pentru toate tipurile de aprindere, avand urmatoarele date:

Miez E+I 16x24 mm cu intrefier 0.25mm; n1=72 sp.1.2 mm CuEm, rezistenta infasurarii 0.126 ohmi; n2=120+860 sp.0.18 mm CuEm, rezistenta infasurarii 10+72 ohmi.

CAPITOLUL IV

Consideratii asupra unor solutii constructive actuale

Tendinta actuala a producatorilor de dispozitive de aprindere electronica , consta in utilizarea unor circuite cu tiristoare . Pe de alta parte , unele firme producatoare (de ex, Siemens) continua sa dezvolte tranzistoarele destinate exclusiv dispozitivelor de aprindere electronica .

Sunt redate mai jos cateva consideratii pe aceasta tema.Initial au fost utilizate tranzistoare cu germaniu care, neadmitand tensiuni prea

ridicate , impuneau folosirea unor bobine de inductie cu raport de transformare scazut si inductanta primara redusa (de aici rezulta un consum ridicat in primar , o fiabilitate scazuta , etc.)

Tiristorul permite comutarea unor tensiuni mari sub curenti importanti, in conditii de fiabilitate crescuta.

Bobina de inductie, in cazul aprinderii cu tranzistoare va trebui sa aiibe un raport mare de transformare , tensiunea in primar fiind char tensiunea bateriei de acumulatoare.

Pentru a produce scanteia , tiristorul descarca instantaneu in primarul bobinei de inductie un condensator (1…2F )ce se incarca la o tensiune de 200 …600 V, tensiune obtinuta de la infasurarea ridicatoare a unui convertor alimentat de la bateria de acumulatoare a automobilului. Tiristorul va intra in conductie, in momentul descarcarii capacitatii.

La utilizarea sistemului de aprindere cu tiristoare functionanand pe principiul descarcarii capacitive, exista unele dificultati de realizare, tinand seama de valoarea tensiunilor de comanda ridicate (200…600 V)

31

Folosirea tranzistoarelor in montaj Darlington , tranzistoare special construite pentru aprindere , permite utilizarea bobinei proprii a automobilului ,cu un raport de transformare mare pentru a putea declansa scanteia , avand energia necesara.

Precizia momentului de aprindere (care este functie de natura carburantului – cifra sa octanica – ) este aceeasi la ambele sisteme.

Durata scanteii in sistemele cu tiristor este de 50 …2500 s ; ultima varianta este preferata la demaraje si asigura o ardere mai buna( la turatii mai coborate sau mai ridicate. Arderea completa a amestecului carburant (aer – benzina ) asigura o crestere a puterii si o diminuare a poluarii (hidrocarburi nearse, CO etc.)

Temeratura scanteii depinde de energia sa ; in cazul aprinderii cu tiristor depinde de valoarea capacitatii si de tensiunea furnizata de convertor . Pentru sistemul de aprindere cu tranzistor, temeratura scanteii depinde de inductantainfasurarii prinamre a bobinei de aprindere si de curentul ce o strabate . Defectiunile sunt mai dese in cel de-al doilea caz, puterea pentru care sunt construite bobinele de inductie putand fi usor depasita.

In cazul aprinderii cu inductanta, trebie avut in vedere ca proiectantul s-a straduit sa obtina cea mai buna adaptare intre tipul de bobina , tipul bujiilor utilizate si valoarea scanteii; este recomandabil sa nu ne abatem de la aceasta “ corelare “ data de producator.

Tensiune inalta aplica ta bujiilor constituie de asemenea un factor important. O valoare mare a ei, permite o functionare perfecta , chiar in cazul unor bujii uzate, dar impune unele conditii asupra calitatii izolatorului bujiei, fiselor si cablurilor ce duc la distribuitor precum si asupra conatctelor distribuitorului.

O pierdere de energie pe aceasta cale , ar anula avantajele aduse in introducerea sistemului electronic sau chiar ar inrautati parametrii ontinuti in sistemul clasic. La introducerea sistemului electronic pe automobil se recomanda ca toate elementele deja existente sa fie in stare foarte buna sau sa fie noi.

Tensiunea inalta ce se aplica bujiilor depinde de produsul Ldi/dt .inductanta bobinei fiind fixa , ramane ca factor determinant di/dt. In cazul ruptorului mecanic, acestaera relativ mare din cauza arcului electric ce se produce intre contacte in momentul intreruperii curentului in bobina primara. In schemele electronice variatiile sunt mult mai rapide , in secundar aparand deci o tensiune ridicata. Aprinderea cu descarcare capacitiva prezinta avantaje din acest punct, numai la o turatie foarte ridicata, ceea ce nu este cazul automobilelor obisnuite.

In ceea ce priveste modificarea avansului , acesta nu esta necesar in cazul sistemului tranzistoriat.

S-ar parea ca, din consideratiile aratate si din experienta practica de pana acum, ar fi de preferat sistemul de aprindere cu tranzistoare.

Un avantaj net insa prezinta aprinderea cu tiristoare : demarajul este posibil chiar la o tensiune a bateriei de acumulatoare mai scazuta. Dar si in acest caz ar exista o problema ; daca sistmul oscilator produce tensiunea necesara generarii unei scantei suficient de puternice pentru aprinderea carburantului, ramane totusi problema daca demarorulul poate fi acionat la o tensiune mai scazuta a bateriei.

In favoarea utilizarii sistemelor de aprindere electronice cu tranzistoare se situeaza preocuparile si realizarile producatorilor de echipament auto, care tot mai mult , se indreapta catre folosurea tranzistorului , insistandu-se asupra specializarii aceste

32

componente supuse conditiilor dificile existente in desfasurarea normala a procesului de aprindere.

Poducatorii ce folosesc tiristoare planare de inalta tensiune , prezinta insa urmatoarele avantaje ale aprinderii cu tiristoare fata de cele care utilizeaza tranzistoare:

- este mai bine adaptat la generatoare de impulsuri;- rezista mai bine la supra tensiuni si supra curenti;- prezinta pierderi interne mici, de unde o mai buna fiabilitate;

Trebuie subliniat ca orice sistem de aprindere electronica va fi eficient , numai in cazul unor motoare bine puse la punct. In acest sens trebuie subliniat ca , un reglaj electronic se mentine aproximativ 50000 Km parcursi , iar unul mecanic trebuie refacut la fiecare 2000…3000 Km.

Incercarile de laborator si rezultatele exploatarii autovehiculelor echipate cu sisteme de aprindere electronica , au aratat urmatoarele avantaje:

- demaraj bun;- scaderea gradului de poluare;- economie de carburant de pana la 10%- castig de ptere 10%- uzura practic nula a motorului; pentru unele motoare , posibilitatea de trecere de

la benzina super (CO 98), la benzina normala ( CO 90 ).Aceste avantaje se datoresc in principal , unei precizii mai ridicate a aplicarii

scanteii si calitaii acesteia( durata, tensiune aplicata , temperatura ).

Aprinderea electronica integrala

Atata timp cat nu se punea problema economiei de benzina , producatorii motoarelor de automobile au cautat sa obtina puteri cat mai mari , fara a se gandi si la randament.

Astazi insa ,problema randamentului obtinut ( raportul putere dezvoltata/ consum de carburant ) sta atat in atentia proiectantilor de noi echipamente pentru dotarea automobilelor , cat si a numerosilor utilizatori de autoturisme si de alte autovehicule.

Electronica intervine cu bune rezulate in cele doua elemente determinante: avansul si concentratia amestecului carburant pentru obtinerea in orice conditii de trafic rutier a unui randament optim.

Sistemul descris in continuare “aprindere electronica integrala “Modelul AEI-4M ( realizat de firma Thomson CFS Franta), prezinta o conceptie noua in aprtinderea electronica , fiind destinat motoarelor in 4 cilindri. Dispozitivul este complet separat de partea mecanica a motorului si contine un microcalculator electronic specializat pentru comanda avansului si a energiei scanteii bujiilor in functie de conditiile reale ( permanent variabile )de rulare a automobilului.

Datorita faptului ca se controleaza atat momentul de aprindere cat si durata de declansare a scanteii, acest microcalculator specializat este cunoscut si sub numele de “calculator cu energie controlata”.

33

In atentia conducatorului auto , trebuie subliniat faptul ca este strict interzis deconectarea uneia dintre bornele bateriei de acumulatoare pe timpul functionarii motorului intrucat o asemenea actiune ar putea conduce la defectarea microcalculatorului electronic si, in consecinta , la nefunctionarea sistemuli de aprindere .

Inainte de-a trece la descrierea functionala a ansamblului, mentionam cateva date tehnice recomandate de producator:

- temeratura mediului ambiant : -30…+80 grade Celsius;- tensiunea de alimentare :

- 6…12 V pentru alimentare permanenta- 24 V pentru maxim 60 sec.

- polaritatea tensiunii de alimentare : minus la sasiu- varfurile de tensiune introduse de microcalculator in reteaua de alimentare cu

energie electrica a autovehiculului: maximum 0.6 varf – varf .Dispozitivul este lipsit de sistem mecanic pentru reglarea avansului, nu contine

ruptor si nici distribuitor.Conducatorul auto ii revine numai sarcina apasarii pe pedala de acceleratie.Pentru optimizarea functionarii s-a actionat asupra urmatoarelor elemente:

- volumul de aer admis, necesar unui ciclu;- cantitatea de benzina utilizata in acestciclu;- unghiul de avans al aprinderii;

S-a mai tinut cont de turatia motorului si de temperatura acestuia. De asemenea s-a mai luat in consideratie diagrama de avans optim , in functie de turatie si sarcina.

Principiul de functionare a unei aprinderi electronice integrale se poate urmari in fig. 28 .

Exista doua sesizoare de turatie, ce detecteaza pozitia unui plot metalic fixat pe volantul motorului. Un alt traductor masoara depresiunea din tubulatura de admisie.

Exista de asemenea posibilitatea racordarii a inca trei traductoare ca de exemplu: de temperatura, de pozitiea clapetei carburatorului etc.

Toate aceste date sunt introduse in calculator , care in urma prelucrarii corespunzatoare, comanda avansul aprinderii, conform unor algoritmi programati.

34

Calculatorul actioneaza asupra unui circuit de putere , in sarcina caruia se gaseste primarul bobinelor de inductie . Pentru motoarele cu 4 cilindri exista doua etaje de putere E1 si E2 si doua bobine de inductie cu cate doua iesiri, fiecare.

Sesizoarele de sincronizare sunt formate in principiu dintr-un circuit oscilant fig.29. Cand plotul metalic, fixat, pe volant trece prin dreptul traductorului, se modifica factorul de calitate al circuitului si deci tensiune de iesire a oscilatorului. Semnalul este redresat , obtinandu-se o tensiune continua ce se aplica unui detector de prag, care livreaza impulsuri de tensiune avand timpul de crestere de cca. 30 s si amplitudinea de 6V.

Prin aceste caracteristici pot fi selectate impulsurile utile fata de celelalte semnale perturbatoare ce ar putea apare din functionarea motorului.

Traductoarele sunt concepute a functiona la limitele extreme ale tensiunii bateriei de acumulatoare (de la 6 V la 16 V). De asemenea pentru scurt timp admite, tensiuni de 24 V ( in cazul utilizarii a doua baterii inseriate pentru pornirea la rece).

Domeniul temperaturilor de lucru este de -30….+80 grade Celsius.Calculatorul este alcatuit din trei subansamble:

- “calculul vitezei” (subansamblul 1)- “calculul avansului la aprindere (subansamblul 2)- “calculul timpului de inacarcare a bobinei, pentru mentinerea unei energii

constante la fiecare scanteie (subansamblul 3).1. Subansamblul 1 este prezentat in fig. 30 ; traductorul T1 ataca un circuit de formare a

impulsurilor, care la randul sau comanda un circuit monostabil. La iesirea acestuia obtinem impulsuri de aceeasi durata si de aceeasi amplitudine , dar avand frecventa de repetitie proportionala cu turatia motorului. La iesirea unui convertor frecventa- tensiune se obtine o tensiune proportionala cu turatia. Tensiunea rezultata se scoate direct la iesirea “B”, sau printr-un filtru suplimentar laiesirea “A”.

2. Subansamblul 2 este prezentat schematic in fig. 31 . Traductorul aplica informatia asupra unui etaj formator de impulsuri. Un generator de rampa si altul de functii (ambele proramate si cu posibilitati de regaj) ataca un comparator. Generatorul de rampa este controlat de traductorul de depresiune si de semnalele altor traductoare mai sus amintite (de ex. temperatura motorului etc.). La iesire dispunem de impulsuri

35

mai mult sau mai putin intarziate – in functie de valorile semnalelor de la traductoare – fata de celelalte provenita de la traductorul T2.

3. Subansamblul 3 (fig. 32 ) calculeaza timpul de incarcare a bobinei si comanda comutarea sa . Sistemul este prevazut cu un temporizator, care evita supraincalzirea bobinei in momentul in care se actoineaza cheia de contact, fara a se declansa demarorul (dupa 0.5…2 sec. se intrupe automat circuitul primar ). Calculul curentului de incarcare al bobinei rezulta din compararea semnalului generatorului de rampa , cu o tensiune continua proportionala cu viteza de rotatie , furnizata de iesirea”B” a subansamblului1. Semnalul rezultat comanda un circuit basculant bistabil. In aceasta metoda, durata impulsului de curent din primarul bobinei depinde , la fiecare rotatiea motorului, de masuratorile executate la rotatia imediat precedenta.

4. Subansamblul de calcul si controlal energiei inmagazinate in bobina este format dintr-un corector dinamic de avans al fazei, care pune la dispozitie o energie suplimentara, o data cu marirea acceleratiei.

36

Rezultatele obtinute utilizand aprinderea electronica integrala , comparativ cu cele ale aprinderii clasice (cu ruptor ) sunt aratate in fig. 33 .Curbele sunt obtinute pentru o tensiune a bateriei deacumulatoare de 13.5 V.

Se poate constata ca , in cazul aprinderii clasice, tensiunea inalta aplicata bujiilor atinge aproximativ 20000 V la o turatie de 2000 rot/min, la o turatie mai coborata atinge 10000 V, iar pentru turatii de peste 4500 rot/min, tensiunea scade si mai mult.

Sistemul de aprindere integrala (AEI) , asigura o tensiune de aproximativ 30000V, tensiune ce se mentine constanta indiferent de regimul de turatie .

Modul complex in care lucreaza sistemul electronic se observa din fig. 34 in care este reprezentata variatia unghiului de avans , in functie de sarcina si turatia motorului.

In ceea ce priveste fiabilitatea , producatorul indica o medie a timpului de functionare (MTBF) de cel putin 2000 ore, ceea ce pentru un autoturism de categorie medie inseamna aproximativ 10000 Km parcursi.

37

Autoturismul Oltcit – Special , de fabricatie romaneasca, foloseste o aprindere electronica integrala tip AEI – 2MD, conceputa deasemenea de firma Thomson – CFS (Franta) . Un dispozitiv similar este fabricat de firma Motorola (SUA) , cunoscut sub codul 6AE – 2031B.

Sunt redate mai jos cateva date caracterizand autoturismul Oltcit.Schema bloc a aprinderii sale electronice integrale este redata in fig. 35. Principiul de functionare este identic cu cel prezentat anterior ; se fac insa unele

precizari: sesizoarele de sincronizare sunt de tipul Thomson 20164364 (Franta); mai pot fi Motorola GAP 2052 (SUA) sau Ducellier 527001 (Franta).

Traductorul de depresiune este de fabricatie Ducellier cod 527000A sau Femsa cod DPA 11; el permite o corectie avansului de 10 grade.

Aprinderea electronica integrala adoptata de marii producatori de echipamente electrice/ electronice destinate echiparii automobilelor (Thomson – Franta, Hitachi – Japonia, Motorola – SUA, Magneti Marelli – Italia) prezinta in concluzie urmatoarele avantaje:

- Reduce consumul carburant cu 3…6%;- Reduce gradul de poluare, prin asigurarea unei arderi compete a amestecului

carburant- Asigura o tensiune inalta constanta, asigurand aprinderea corecta chiar la un

numar mic de rotatii a axului motorului (10…100 rot/min);- Asigura o aprindere corecta la tensiuni coborate ale bateriei de acumulatori

(mai mari de 6 V);- Creste durata de viata a bujiilor , fiind asigurat un regim constant ( intrucat

valorea tensiunii inalte este independenta de turatie), asigurand o functionare corecta chiar pentru distante mai mari intre electrozii bujiei;

- Asigura o fiabilitate crescuta, neavand piese mecanice in miscare.

38

Dispozitive electronice pentru cresterea tensiunii de aprindere la pornirea motorului, in conditiile unei temperaturi reduse

La temeraturi scazute demarorul este supus unor conditii dificile de functionare.Capacitatea bateriei de acumulatoare scade considerabil, pornirea fiind mult

ingreunata (pentru bateriile cu o vechime de 3…4 ani, pornirea devenind chiar impsibila)Dar si scanteia necesara aprinderii carburantului, datorita scaderii tensiunii

bateriei de acumulatoare ( pe timpul incercarii de pornire a motorului) scade ca intensitate ; intreg sistemul de aprindere nu mai functioneaza normal.

Circuitele prezentate mai zos, permit obtinerea unei tensiuni inalte in sistemul de aprindere, corespunzand cel putin unei aprinderi in conditii nprmale de temperatura.

Un alimentator – tampon format din trei baterii uscate de 1.5 V, avand diametrul de 3.3 cm (tip R20 ), conectate in serie, rezolva problema pornirii la rece .

39

Inaintea demararii se conecteaza bateriile , printr-un comutator bipolar in serie cu bobina de inductie. In momentul in care motorul porneste, comutatorul trebuie trecut in cealalta pozitie, bateriile fiind in acest fel deconectate.

Curentul absorbit de la alimentatorul – tampon este de scurta durata . In cazul unor baterii de calitate , un singur set poate fi folosit pe intregul sezon rece.

Un comutator manual ar fi dificil de expoatat. Dispozitivul din fig. 36 permite decuplarea automata a bateriilor suplimentare , in momentul pornirii motorului.

Decuplarea este realizata de contactele unui releu ce actioneaza cu o intarziere de cca. 10 sec. ( de la introducerea cheii in contact ), timp suficient pentru pornirea motorului. Intarzierea este realizata de o retea RC, urmata de un trigger Schmitt.

Sistemul produce imediat tensiunea inalta, necesara asigurarii aprinderii; bateria automobilului este si ea protejata, nemai fiind solicitata timp indelungat pentru pornirea motorului.

Dispozitivul din fig. 37 se bazeaza pe alt principiu.In momentul incercarii de pornire a motorului , tensiunea bateriei de

acumulatoare scade sub 9 V. Tranzistorul T1, normal in conductie, la aceasta tensiune se blocheaza, deschizand trazistorul T2. Acesta actioneaza releul din circuitul colector, contactele releului introducand in circuitul de aprindere elementele bateriei uscate, suplimentare. Motorul porneste, demarorul se deconecteaza, iar tensiunea bateriei de acumulatoare creste la circa 12 V.

In acest caz T1 va intra in conductie, blocand pe T2; in consecinta contactele releului deconecteaza bateria suplimentara, revenindu-se la circuitul clasic de aprindere.

Se recomanda utilizarea unui releu de 6V, tinand seama ca tensiunea bateriei de acumulatoare, scade in momentul pornirii la 6… 8 V.

40

41

CAPITOLUL V

Structura sistemelor de aprindere folosite la autoturismele Audi

In principal s-a incercat sa se adopte solutii de comanda a scanteii care sa se faca fara contact electric intre componente. Asfel a inceput sa se foloseasca doua tipuri de mecanisme de comanda, si anume:

- magnetice- optice.Comanda pe cale magnetica se bazeaza pe principiul inductiei intr-o bobina, a unui

camp magnetic ,in urma apropierii acesteia de un camp magnetic variabil.

E=ddf

In aceste cazuri un ax antrena un rotor a carui miscare de rotatie era sesizata de un traductir Hall. Informatiile de la traductor erau transmise mai departe pentru a comanda tranzistorul de comutatie ,care la randul sau comanda bobina de inductie.

42

Senzor Hall

Rotorul folosit la asfel de dispozitive este de fapt un rotor magnetic foarte puternic si se numeste “ Reluctor” si se poate vedea in figura de mai jos:

Aceste dispozitive au marele dezavantaj ca odata cu trecerea timpului isi pierd proprietatile magnetice, mai ales ca pot atinge in timpul lucrului temperaturi de ordinul a catorva zeci de grade. In figura de mai jos se poate vedea modul de interconectare a senzorului.

Comanda pe cale optica utilizeaza cam acelasi principiu ca si cea magnetica atata doar ca rotorul este inlocuit cu unul profilat iar miscarea este sesizata de un senzor optic.

43

Comanda optica a aprinderii

In ultimul timp cu dezvoltarea tot mai rapida a sistemelor de injectie electronica de benzina se incearca sa se includa si sistemul de aprindere in ansamblul de circuite electronice a sistemului de injectie. Aceasta s-a relizat deja la sistemul de injectie Motronic Engine Management, care include si sistemul de aprindere in calculatorul de bord al autoturismului.

In cazul acestui sistem, momentul producerii scanteii este determinat de Unitatea Electronica de Comanda ,prin determinarea exacta a pozitiei arborelui cotit si a axului cu

44

came. La sistemul Motronic bobinele de inductie pot fi repartizate cate una la fiecare cilindru sau cate doua la un cilindru.

Un dezavantaj al acestui sistem este acela ca inafara de schimbarea bujiilor nu se poate interveni in functionarea acestui sistem.

Dintre toate sistmele de aprindere ,cele integrate in sisteme de management a injectiei ,de tipul Motronic, sunt cele mai performante, prezentand avantaje nete fata de toate celelaltesisteme dezvoltate pana in prezent. Ca si avantaje se pot enumera:

- cresterea randamentului procesului de ardere,- economia de combustibil,- reducerea emisiei de gaze poluante si noxe,- adaptarea in timp real a sistemului de aprindere si injectie la diferite regimuri de

functionare a motorului,- cresterea puterii volumice,- porniri usoare la rece,- stabilizarea superioara a turatiei nominale.

45