1 UNIUNEA EUROPEAN GUVERNUL ROMNIEI MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI I PROTECIEI SOCIALE AMPOSDRU Fondul Social European POSDRU 2007-2013 Instrumente Structurale 2007-2013 OIPOSDRU UNIVERSITATEA DIN PITETI SUPORT DE CURS PENTRU PROGRAMUL DE FORMARE PROFESIONAL OCUPAIA TEHNICIAN TEHNOLOG MECANIC COD COR 3115.3.2 PROIECT POSDRU/87/1.3/S/61991 FONDUL SOCIAL EUROPEAN Investete n OAMENI Creterea competitivitii nvmntului romnesc preuniversitar, din domeniul auto, prin formarea cadrelor didactice la standarde europene. AUTO-FORMPOSDRU/87/1.3/S/61991 Proiect cofinanat din Fondul Social European prin Programul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 2 Cuprins: 1.MOTOARE PENTRU AUTOVEHICULE ............................................................................................................................ 3 1. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN SCNTEIE .. 3 2. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE.................................................................................................................................................... 11 3. SISTEMUL DE TURBO SUPRAALIMENTARE A M.A.I. ............................................................................. 24 4. SISTEME DE DEPOLUARE CHIMIC A MOTOARELOR .......................................................................... 29 2.TRANSMISIA AUTOVEHICULELOR ............................................................................................................................... 50 1. TRANSMISIA AUTOMOBILELOR ........................................................................................................................... 50 2. AMBREIAJE ........................................................................................................................................................ 54 3. CUTII DE VITEZ ................................................................................................................................................. 66 4. TRANSMISIA LONGITUDINAL, CONSTRUCIE I FUNCIONARE .......................................................................... 87 5. MECANISME DE PUTERE ALE PUNII MOTOARE .................................................................................................. 92 3.ECHIPAMENTUL ELECTRIC, ELECTRONIC .............................................................................................................. 104 I ECHIPAMENTELE AUXILIARE ALE AUTOVEHICULELOR .................................................................................... 104 1. GENERALITI ............................................................................................................................................ 104 2. STRUCTURA GENERAL A ECHIPAMENTULUI ELECTRIC ................................................................ 106 3. BATERII DE ACUMULATOARE ................................................................................................................. 110 4. ALTERNATORUL ......................................................................................................................................... 111 5. RELEE ........................................................................................................................................................... 113 6. MOTOARE DE CURENT CONTINUU LA AUTOVEHICULE .................................................................... 116 7. TRADUCTOARE I SENZORI FOLOSII LA AUTOVEHICULE .............................................................. 119 8.ECHIPAMENTE AUXILIARE ALE AUTOVEHICULELOR ......................................................................... 132 4.ECHIPAMENTE DE TESTARE I DIAGNOSTICARE ................................................................................................ 160 PENTRU AUTOVEHICULE ................................................................................................................................................. 160 1. GENERALITILE PROCESULUI DE DIAGNOSTICARE A AUTOVEHICULELOR ...................................................... 160 2. PARAMETRUL DE DIAGNOSTICARE. GENERALITI .......................................................................................... 166 3. CONTROLUL INTELIGENT AL MOTOARELOR CU ARDERE INTERN .................................................................... 170 4. DIAGNOSTICAREA MOTORULUI CU ARDERE INTERN ....................................................................................... 183 5. DIAGNOSTICAREA TRANSMISIEI ....................................................................................................................... 187 6. DIAGNOSTICAREA DEZECHILIBRULUI ROII DE AUTOMOBIL .............................................................................. 188 7. DIAGNOSTICAREA GEOMETRIEI SISTEMULUI DE DIRECIE ................................................................................ 191 8. DIAGNOSTICAREA FORMEI FASCICULULUI LUMINOS A FARURILOR DE AUTOMOBIL ........................................... 197 9. DIAGNOSTICAREA SISTEMULUI DE FRNARE .................................................................................................... 199 10. DIAGNOSTICAREA SISTEMULUI DE SUSPENSIE ............................................................................................... 203 11. DIAGNOSTICAREA INJECTOARELOR MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCNTEIE ........................................ 205 5.SISTEME NECONVENIONALE DE PROPULSIE PENTRU AUTOVEHICULE .................................................... 208 1.HIDROGENUL PURTTOR DE ENERGIE ................................................................................................. 208 2. OBINEREA HIDROGENULUI ................................................................................................................... 212 3.PILELE DE COMBUSTIBIL .......................................................................................................................... 218 4. AUTOMOBILUL ELECTRIC I HIBRID ...................................................................................................... 234 5.STOCAREA HIDROGENULUI ...................................................................................................................... 272 6.TRANSPORTUL HIDROGENULUI .............................................................................................................. 269 BIBLIOGRAFIE ..................................................................................................................................................... 281 3 1.MOTOARE PENTRU AUTOVEHICULE 1. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN SCNTEIE 1. INJECIA ELECTRONIC Pn n zilele noastre sistemele de injecie au evoluat constant. Motivul acestei evoluii l constituie faptul c poluarea are o mare acoperire n dezbaterile comunitii europene i mondiale. De altfel, a avut loc o evoluie att de rapid a normelor de poluare nct constructorii au fost obligai s fac eforturi mari pentru a-i aduce produsele spre nivel de poluare/depoluare cerut. Injecia de benzin i are nceputurile ntre anii 1898-1901, cnd firma Deutz folosete pentru prima dat instalaii pentru injectarea benzinei la motoarele de serie. Sistemul este apoi adoptat de constructorii de avioane, care l aplica ntre anii 1906-1910 la motoarele de avion. n anul 1937 s-a construit prima motociclet cu injecie de benzin i injectoare electromagnetice, n timp ce uzinele Daimler-Benz si Auto-Union echipeaz cteva automobile cu injecie de benzin. Injecia de benzin se impune constructorilor motoarelor de automobile abia n anii 1950, datorit rezultatelor obinute de firma Mercedes-Benz cu modelul MB300SL. Orice echipament de injecie destinat motoarelor cu ardere intern, trebuie s fie astfel realizat nct s asigure comprimarea combustibilului la presiuni suficient de mari, necesare pulverizrii, dozarea precis a cantitaii de combustibil pe ciclu i o declanarea controlat a injeciei. Comprimarea combustibilului la presiuni de injecie de 0,20,4 MPa, necesare pulverizrii benzinei, nu poate fi realizat direct de ctre vreun dispozitiv electronic. Aceast funcie este realizat cu ajutorul pompelor de alimentare, care, pentru debite i presiuni mici de refulare, pot fi antrenate cu ajutorul unor motoare electrice alimentate de la bateria de acumulatoare a autovehiculului. n acest caz, motorul electric de antrenare poate fi comandat de ctre unitatea electronic de control. Dozarea combustibilului poate fi facut la admisia acestuia n pomp sau la refulare. n ambele cazuri, participarea electronicii este posibil, fie comandnd corespunztor o electrovalv montat la admisiunea combustibilului n pomp, fie acionnd diferite elemente de execuie, activate de unitatea electronic de comand i control. n cazul utilizarii injectoarelor electromagnetice, dozarea combustibilului injectat pe ciclu se face prin reglarea timpului de deschidere a acestora, controlnd durata semnalului electric emis de unitatea central. Declanarea injeciei, precum i precizia momentului producerii acesteia pe ciclu pot fi comandate electronic, uor i cu precizie. n acest sens se folosesc semnale electrice de declanare, n corelaie cu turaia i ordinea de aprindere a motorului, de ctre unitatea electronic, dupa un program dinainte memorat. 4 Introducerea combustibilului n cilindrii motorului sau n colectorul de admisie se preteaz, de asemenea, n cazul utilizarii injectoarelor electromagnetice, la comand i control electronic. Prin ridicarea acului injectorului, cu ajutorul unui solenoid activat de unitatea electronic, combustibilul care traverseaza injectorul are acces la motor. Pulverizarea combustibilului depinde de geometria orificiului de pulverizare i de presiunea existent n amontele acestui orificiu ; funcia de pulverizare nu poate fi controlat electronic. Utilizarea sistemelor de injecie n locul carburatoarelor, a dus, pe lng reducerea emisiilor poluante, la o mulime de mbuntiri n funcionarea motorului, din care enumerm : - economie de combustibil, prin adaptarea precis a cantitaii de combustibil injectat la condiiile de lucru ale motorului, - rspuns rapid la apsarea clapetei de acceleraie ; - flexibilitate mai mare a motorului la trecerea de la un regim la altul ; - mbuntirea pornirii la rece i a inclzirii motorului ; - controlul precis al turaiei de ralanti ; - ntreruperea alimentrii cu combustibil n timpul deceleraiei ; - eliminarea fenomenului de givrare care apare iarna, uneori, la motoarele cu carburator ; - diagnosticare rapid ; - prezint o mare precizie n funcionare, datorit construciei lor relativ simple i comenzilor electronice de care dispun. Superioritatea injeciei electronice de benzin se manifesta i prin precizia de dozare a benzinei, uniformitatea sporit a dozrii acesteia ntre cilindrii motorului. De asemenea, injecia electronic ofer avantaje n sensul posibilitilor de reproducere a unor dependene complexe i variate, cum ar fi a cantitii de benzin injectat pe ciclu n funcie de depresiunea din colectorul de admisie, temperatura aerului din colectorul de admisie, temperatura fluidului de rcire, turaia etc, preciziei sporite, costului i dimensiunilor de gabarit reduse. Avantaje suplimentare apar i din faptul c se pot introduce un numr nsemnat de mrimi de corecie pentru toate regimurile de funcionare ale motorului. 1. CLASIFICAREA SISTEMELOR CU INJECIE DE BENZIN Indiferent de variantele constructive ale sistemelor de injecie, ele realizeaz pulverizarea combustibilului direct n cilindrii motorului sau n canalizaia de admisie. Se disting astfel: - procedeul de injecie direct, cnd pulverizarea combustibilului are loc n cilindrii motorului (figura 1.1, b); - procedeul de injecie indirect, cnd pulverizarea combustibilului are loc n exteriorul cilindrului (figura 1.1, a). La rndul lui, procedeul de injecie indirect poate fi: 5 - monopunct, cnd injecia combustibilului se realizeaz ntr-o singur zon situat n amontele ramificrii tubulaturii de admisie (figura 1.1, a1); - multipunct, cnd injecia combustibilului se realizeaz n poarta supapei de admisie a fiecrui cilindru (figura 1.1, a2). a. injecie indirect b. injecie direct 1. monopunct (nu se mai folosete) 2. multipunct Fig. 1.1. Procedee de injecie a benzinei De-a lungul timpului, s-au folosit trei metode de modificare a debitului masic de benzin injectat n exteriorul camerei de ardere: - prin modificarea presiunii de injecie, cnd injecia este continu, - prin injectare intermitent, momentul declanrii ei fiind bine precizat n raport cu fazele distribuiei motorului (injecie intermitent fazat), - prin injectare intermitent, fr precizarea momentului declanrii ei (injecie discontinu, nefazat). n cazul procedeului cu injecie direct, presiunea de injecie ajunge la unele motoare la valoarea de 10 - 15 MPa i, din aceast cauz, instalaia lucreaz cu zgomot, piesele componente fiind supuse unei uzri mai intense. Injectoarele au o construcie mai complex i sunt mai sensibile datorit contactului direct cu gazele fierbini. Exist, de asemenea, pericolul potenial al contaminrii peliculei de ulei de pe oglinda cilindrului cu benzina injectat. Dat fiind faptul c vaporizarea benzinei se produce n ntregime n cilindru, temperatura la sfritul admisiei scade considerabil, iar cantitatea de amestec combustibil reinut n cilindru crete. Folosirea injeciei directe a permis, aadar, mrirea raportului de comprimare al motorului de la 9-10 pn la 12,5 pentru combustibil cu aceeai cifr octanic, fr detonaie, datorit rcirii pariale a amestecului produs de vaporizarea combustibilului n cilindru. n plus, jetul de combustibil poate fi dirijat spre bujie, astfel nct se poate realiza o stratificare avantajoas a amestecului. Marea majoritate a motoarelor cu injecie de benzin folosesc la ora actual procedeul injeciei indirecte, datorit avantajului oferit de presiunile de injecie mai sczute, precum i de modificrile constructive mai mici. n acest caz, presiunea de injecie este de maxim 0,3 0,5 MPa. 6 2. PARTICULARITI PRIVIND CONTROLUL ELECTRONIC AL INJECIEI Cuvntul control nu este utilizat n acest context n sensul de verificare ci pentru a desemna aciunile corective realizate la nivelul anumitor elemente ale motorului (injectie de combustibil, aprindere), n scopul ameliorrii prestaiilor sale. Inteligena sistemelor de control rezid n algoritmii de calcul implementai n memoria ECU (figura 1.2). O strategie de control este constituit dintr-o succesiune de teste logice i de operaii matematice ce se bazeaz pe parametrii provenii (citii) prin intermediul senzorilor. Un exemplu foarte simplu este prezentat n cele ce urmeaz: dac T < Tprag, atunci dt+1 = dt . fT, ceea ce determin multiplicarea dozajului d cu un factor fT, dac temperatura scade sub un anumit prag, Tprag. Faptul de a crea o mbogire dependent de un test de temperatur constituie strategia, iar temperatura Tprag i factorul fT sunt parametrii de calibrare ai strategiei de comand. O strategie poate bineneles s fie comun mai multor motoare, ns calibrarea sa este specific fiecruia n parte, ca urmare a necesitii de adaptare la exigenele impuse. Se subnelege, prin urmare, c performanele unui sistem de control sunt nu numai legate de pertinena algoritmilor de care se leag strategia de comand dar i de calitatea calibrrii ce a fost fcut. Cu alte cuvinte, performanele sistemului depind de adaptarea strategiei la cuplul motor-vehicul. Sarcina principal a echipamentului electronic de injecie const n corelarea cantitaii de benzin injectat pe ciclu cu cantitatea de aer aspirat n motor, astfel nct s rezulte dozajul optim pentru fiecare regim de funcionare al motorului. Rezolvarea unei astfel de sarcini se face utiliznd ansamblul senzori/traductori-sistem de comand/ECU-actuatori/elemente de acionare (figura 1.2). n esen, este vorba despre stabilirea unor dependene cunoscute ntre cantitile de aer i de benzin i o serie de parametri funcionali ai motorului (depresiunea din galeria de admisie, turaia, temperatura motorului, poziia obturatorului etc). Cantitatea de aer aspirat n motor poate fi exprimat n funcie de parametrii funcionali menionai. La exprimarea cantitaii de benzin n funcie de aceiai parametri, trebuie inut seama, ns, de presiunea de injecie, seciunea de curgere din injector i durata injeciei. Pentru valori constante ale presiunii de injecie i seciunii de curgere din injector, modificarea cantitaii de benzin injectat pe ciclu, n concordan cu regimul de functionare al motorului, se poate realiza prin schimbarea duratei injeciei. Partea electronic de comand a echipamentului de injecie asigur modificarea timpului de deschidere a injectorului electromagnetic fr dificultate i cu suficient precizie. Cel mai adesea, se Fig. 1.2. Structura de baz a sistemului de control al injeciei 7 prefer ca durata de deschidere a injectorului electromagnetic s fie n funcie de depresiunea din colectorul de admisie. Aceasta, ntruct cantitatea de benzin injectat pe ciclu se coreleaz cu cantitatea de aer aspirat pe ciclu, a crei mrime depinde de depresiunea din colectorul de admisie ; dependena de turaie, n acest caz, este mai redus. Prin urmare, la majoritatea echipamentelor electronice de injecie, reglarea cantitii de benzin injectat pe ciclu se face, cu precdere, n funcie de depresiunea din colectorul de admisie, urmnd s fie aplicate corecii n funcie de turaie (atunci cnd acest lucru este necesar). Reglarea cantitaii de benzin injectat pe ciclu n funcie de poziia obturatorului atrage, n cazul injeciei electronice, inconvenientul apariiei a dou marimi de reglare: poziia obturatorului i turaia. La o poziie dat a obturatorului, umplerea cu aer a cilindrului depinde foarte mult de turaie, astfel nct cantitatea de benzin trebuie reglat n funcie de turaie. La o turaie dat, umplerea cu aer a cilindrului nu prezint acelai grad de dependena fa de poziia obturatorului. Ca atare, trebuie introduse corecii suplimentare n ceea ce privete reglarea cantitaii de benzin (cum ar fi temperatura aerului aspirat i altitudinea). Corecii ale debitului de benzin injectat n cilindru sunt reclamate i de o serie de regimuri tranzitorii de funcionare a motorului, precum i de temperatura lichidului de rcire. Pompa de alimentare este de regul imersat n benzina din rezervor i este acionat electric Presiunea benzinei n amontele injectoarelor este meninut constant cu ajutorul unui regulator de presiune care permite returnarea ctre rezervor a excesului de benzin refulat de pompa de alimentare (figura 1.3). a. ramp de combustibil cu presiune variabil b. ramp de combustibil cu presiune constant Fig. 1.3. Sistem de injecie cu i fr retur de combustibil din ramp Injectoarele electromagnetice, asociate fiecrui cilindru al motorului, sunt deschise prin impulsuri electrice provenite de la unitatea electronic de comand. Durata impulsurilor de comand depinde de depresiunea din colectorul de admisie, turaia motorului, precum i de o serie de alte mrimi de corecie. Aceste mrimi sunt sesizate cu ajutorul traductoarelor mecano-electrice, fiind transmise unitii electronice de comand sub form de mrimi electrice. 8 Dup acest principiu de baz poate fi dezvoltat o varietate nsemnat de echipamente de injecie cu comand electronic, n stare s rspund att cerinelor de sporire a performanelor de putere ale motoarelor, reducerii consumului de combustibil i a emisiilor de produi poluani din gazele de evacuare, ct i cerinelor de pre de cost scazut, fiabilitate, durabilitate, adaptabilitate etc. Indiferent de tipul lor constructiv, sistemele de injecie controlate electronic sunt dezvoltate dup structura unui sistem automat de control, care este de fapt o ordonare pe trei grupe mari de obiecte fizice : bloc de intrare, bloc de procesare i bloc de ieire-execuie. Blocul de intrare e constituit din senzori/traductoare ce convertesc mrimi mecanice, termice sau chimice n mrimi electrice. Blocul de procesare a semnalelor de intrare (ECU), care conine i interfaa de intrare cu rol de formare a semnalelor de intrare, efectueaz operaii de integrare, derivare, sumare, comparare a acestor semnale, n vederea generrii unor comenzi ctre elementele de execuie electro-mecanice. Interfaa de ieire adapteaz semnalele de ieire din circuitele de procesare la valori majorate din punctul de vedere al valorilor curenilor capabili s comande circuitele din blocul de ieire. Blocul de ieire-execuie/actuatorii/elementele de acionare conin(e) elementele cu rol de execuie a unor procese i cu rol de afiare-vizualizare a unor caracteristici sintetice pentru supravegherea si diagnosticarea sistemului. Senzori: 2 senzor de poziie a arborelui cotit 4 senzor de poziie a arborelui cu came 5 senzor poziie clapet obturator Actuatori: 13 injectoare 14 bobina de inducie pentru aprindere 15 motor pas cu pas pentru clapeta obturator 16, 29 electrovan EGR Vecinti motor: 1 disc danturat pentru reperaj poziie AC 3 reperaj arbore cu came 21 filtru de aer 23 corp clapet 9 6 senzor de presiune in colectorul de admisie 7 senzor de temperatur a aerului proaspt 8 senzor de temperatur a lichidului de rcire 9 senzor de poziie a vanei EGR 10 sond amonte catalizator 11 senzor aval catalizator 12 senzor de detonaie 22 debitmetru aer 17 pomp de combustibil 18 electrovan canistr carbon 19 pomp de aer pe circuitul de eapament 20 bujiile de aprindere obturator 24 camer de linitire 25 catalizator 26 regulator de presiune carburant 27 ramp de injectie 28 canistr carbon 30 sistem de injecie aer n eapament Fig. 1.4. Structura general a unui sistem de injecie electronic de benzin Actualele sisteme de injecie de benzin controlate electronic se bazeaz pe utilizarea unui bloc electronic de comand care folosete un microprocesor conceput sa lucreze n sistem de codificare binar; de aceea toate semnalele recepionate i emise de el vor fi de tip digital. Interfaa de intrare mai are rolul ca pe lng operaiile de filtrare, limitare a amplitudinii etc, s transforme semnalele de tip analog n semnale de tip digital. La ieirea din microprocesor, interfaa de ieire trebuie s transforme marimile digitale emise spre ieire, n semnale de tip analog, pe care le amplific la valoarea care asigur acionarea elementelor de execuie (injectoare, relee electromagnetice etc.). Figura 1.5 reprezint, foarte simplificat, modul de circulatie a semnalului n sistemele de control electronic. Fig. 1.5. Modul de circulaie a semnalelor Principala caracteristic a semnalului electric transmis de la blocul electronic de comand injectoarelor, este durata impulsului, durat care determin cantitatea de benzin necesar dozajului corect. Trebuie menionat faptul c se folosesc sisteme de control electronic la care semnalul de ieire poate fi comparat cu semnalul de ieire pretins a fi realizat, o parte a semnalului instantaneu de ieire fiind prelucrat direct (uneori acest semnal este furnizat de un traductor al marimii mecanice de ieire) pentru a servi drept semnal de corecie aplicat blocului de procesare, care efectueaz o corecie n 10 sensul anulrii diferenei ntre semnalul de ieire real i semnalul de ieire dorit. Acest sistem este unul cu reglare n bucl nchis (e.g. control dozaj pentru = 1, control turaie de mers n gol, control avans aprindere la limita detonaiei), considerat mai performant dect sistemul cu reglare n bucl deschis (e.g. stabilirea avansului la aprindere n funcie de punctul de funcionare prin preluare din cartograma de avans, mbogirea amestecului pentru evitarea depirii limitelor termomecanice ale componentelor plasate pe circuitul de evacuare). Fig. 1.6. Controlul dozajului n bucl nchis i EOBD Microprocesorul este realizat sub forma unui circuit integrat de o foarte mare complexitate funcional i constructiv, a crui funcie final este determinat de o secven de instruciuni (numit program). Instruciunile individuale permit microprocesorului s efectueze o funcie de mare complexitate, n mod pas cu pas. n cazul injeciei controlate electronic, este necesar programarea sistemului electronic de control cu toate informaiile utile formrii duratei precise de injecie. De exemplu, memoria poate contine 16 parametri de sarcin i 16 parametri de turaie (matrice de 1616 puncte) i n fiecare cuadruplu de puncte se pot obine 16 valori de interpolare, ceea ce permite realizarea a 161616 = 4096 valori ale duratei injeciei bazate pe combinaia acestori valori stocate n memorie. Microprocesorul trebuie s in seama i de ali parametri, cum ar fi cei legai de pornirea la rece i de perioada de ncalzire a motorului, de reprize, de deceleraii etc. Porturile de intrare permit accesul datelor de intrare furnizate de traductoare i de comenzile manuale, n sistem. Microprocesorul interpreteaz datele de intrare i implementeaz deciziile de ieire n conformitate cu programul stocat n memorie. Porturile de ieire procur microprocesorului cile de transmitere a semnalelor ce controleaz elementele de execuie (i.e. actuatorii). Microprocesorul va comunica cu celelalte elemente ale sistemului intern prin transmiterea si receptionarea unor coduri digitale binare prin conductori numii magistrale. Ca i n cazul altor echipamente de control electronic al altor sisteme ale motorului sau ale automobilului, (controlul frnrii, controlul traciunii, controlul aprinderii), unele sisteme de control electronic al injeciei de benzin stocheaz n memorie diagrame spaiale complicate (cartograme), sub forme tabelare. O funcie foarte important efectuat de microprocesor este aceea de a rspunde prioritar la modificarea valorilor unor semnale de intrare ori de ieire (n cazul 11 sistemelor ce lucreaza n bucl nchis de reacie), considerate importante. Aceste semnale sunt tratate prioritar, n sensul c acestea stopeaz execuia subrutinei pe care tocmai o avea n lucru la primirea semnalului prioritar, i execut un salt la subrutina destinat manipularii condiiei care a generat semnalul de ntrerupere. Decizia privind momentul declanrii injeciei i a duratei acesteia este rezultatul achiziiei i prelucrrii unor date din proces. Operaiile de achiziie i prelucrare a datelor necesit un anumit timp a crui valoare depinde de frecvena de lucru a microprocesorului. Fiecare instruciune se efectuiaz ntr-o durat calculata n funcie de frecven. Frecvenele tipice sunt cele cuprinse ntre 12 si 20 MHz, dar se folosesc i microprocesoare prototip cu frecvente de 30...32 MHz. 2. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE 1. SISTEMUL DE INJECIE DIRECT DE NALT PRESIUNE DE TIP COMMON RAIL Performanele actualelor motoare diesel se datoreaz n bun msur sistemului de injecie direct de nalt presiune de tip Common Rail (figura 2.1). Acest sistem este asemntor din punct de vedere funcional i componen cu sistemul de injecie benzin multipunct: combustibilul este presurizat ntr-o ramp comun (common rail), iar injectoarele sunt comandate electric de ctre calculatorul sistemului. Schema de principiu a sistemului de injecie diesel common rail se red n figura 2.1: Fig. 2.1. Componena unui sistem Common Rail Aceste sisteme folosesc o pomp de joas presiune (mecanic ori electric), cu scopul de a alimenta cu combustibil pompa de nalt presiune. Presiunea maxim cu care se alimenteaz rampa comun este de cca. 1350 bar, pentru sistemele din prima generaie, iar pentru cele din cea de-a doua generaie, de cca. 1600 bar. 12 Sistemul este gestionat electronic de ctre un calculator (e.g. Bosch Electronic Diesel Control). Calculatorul controleaz, de asemenea i presiunea din rampa de injecie pe care o adapteaz la condiiile de funcionare ale motorului i la cererile din partea conductorului. Exist posibilitatea de a avea multiple injecii (preinjecii, injecie principal i postinjecii), ce au ca efect reducerea nivelului de zgomot i a gradului de poluare chimic. Avantajele sistemului de injecie diesel common rail sunt: Presiunea de injecie i avansul la producerea injeciei sunt independente de turaia motorului (comparativ cu pompele de injecie cu distribuitor rotativ); Sistemul fiind controlat electronic, presiunea de injecie i avansul la injecie sunt optimizate funcie de condiiile de lucru ale motorului i de cerinele din partea conductorului; Este posibil realizarea unor injecii multiple pe ciclu i cilindru cu efecte benefice asupra gradului de poluare fonic i chimic a motorului; Durata diferitelor faze de injecie i separarea lor pot fi ajustate funcie de condiiile de lucru ale motorului. Presiunea nalt din rampa de injecie coroborat cu orificiile injectoarelor de diametre foarte mici permit obinerea unei foarte bune pulverizri a combustibilului cu efecte pozitive asupra vaporizrii i omogenizrii amestecului carburant. 2. SISTEMUL BOSCH CP1 Componena sistemului (figura 2.2) este urmtoarea: - Circuitul de joas presiune, - Circuitul de nalt presiune, - Unitatea de comand (ECU), captorii i actuatorii Fig. 2.2. Componena sistemului Bosch CP1 Componena circuitului de joas presiune este: Rezervorul de combustibil Pompa de joas presiune Conductele de joas presiune 13 Ansamblul filtru de combustibil Pompa de joas presiune Este de tip electric i are rolul de a alimenta cu combustibil pompa de nalt presiune (figura 2.3). Avantajul acionrii electrice const n posibilitatea amorsrii rapide a circuitului de carburant. Fig. 2.3. Pompa electric de joas presiune Presiunea creat de pomp este ntre 2,5 i 4 bar. Plasarea pompei se face fie n compartimentul motor, fie n rezervor. Debitul pompei este de 80 -100 l/h. Conductele de joas presiune n toate cazurile, aceste conducte sunt prevzute cu conectori rapizi i sunt realizate din material plastic transparent. Acestea se vor nlocui n cazul apariiei unei neetaneiti. Pe perioada funcionrii motorului nu trebuie s apar bule de aer la interiorul conductelor. Filtrul de combustibil Sistemul de injecie Diesel Common Rail este extrem de sensibil la impuritile ce pot exista la interiorul echipamentului i de aceea, o atenie deosebit trebuie acordat consemnelor de curenie prevzute n manualele de reparaie sau notele tehnice nainte de orice intervenie. 14 1 ieire ctre pompa de nalt presiune 2 intrare de la pompa de joas presiune 3 ieire ctre intrarea pompei de joas presiune 4 retur de la pomp HP i injectoare 5 ieire ctre rezervor 6 purj pentru decantrile de ap 7 robinet 8 termostat 9 regulator de joas presiune Fig. 2.4. Filtrul de motorin Filtrul de combustibil are un rol hotrtor n privina proteciei circuitului de nalt presiune contra impuritilor i de aceea trebuie s i se acorde o atenie maxim. Filtrul se nlocuiete funcie de prevederile manualului de ntreinere sau de specificaiile tehnice. n cazul sistemelor CP1, ansamblul filtrului de combustibil are o construcie particular. La interiorul ansamblului se gsete un regulator de presiune i un termostat. Rolul termostatului este de a face legtura ntre returul pompei de nalt presiune i rezervorul de combustibil n cazul n care motorina atinge o anumit temperatur, iar sub acest prag de temperatur se creeaz o legtur ntre returul pompei de nalt presiune i partea de admisie a pompei de joas presiune. Datorit faptului c pompa de nalt presiune comprim mai mult combustibil dect este necesar pentru funcionarea motorului, surplusul ce este eliminat ctre partea de retur are o temperatur ridicat ce poate fi de 90C. Din acest motiv combustibilul trebie rcit nainte de a ajunge n rezervor. n situaia n care combustibilul are o temperaur sczut, motorina din circuitul de retur este trimis ctre partea de aspiraie a pompei de joas presiune. Un robinet special se afl pe ansamblul filtrului cu rolul de a permite aerisirea rapid a sistemului n cazul cnd se nlocuiete filtrul sau cnd avem o pan de combustibil. Componena circuitului de nalt presiune este urmtoarea: Pompa de nalt presiune CP1, Regulatorul de presiune, 15 Conductele de nalt presiune, Rampa de injecie , Injectoarele. Pompa de nalt presiune Antrenarea pompei se face de ctre motor prin intermediul curelei/lanului de distribuie. Pompa conine trei elemente de pompare, fiecare prevzut cu cte o supap de admisie i una de evacuare. Alimentarea pompei CP1 se face cu combustibil la 2,5 bari prin pompa de joas presiune. Fig. 2.5. Seciune prin pompa de nalt presiune Bosch CP1 Arborele principal al pompei, ce se rotete cu jumtate din turaia motorului, este prevzut cu un excentric ce acioneaz asupra elementelor de pompare, astfel la fiecare rotaie a arborelui pompei, n fiecare element se va produce nalta presiune. Admisia 16 combustibilului n elementul de comprimare se face prin supapa de admisie, cnd pistonul ncepe cursa descendent, datorit presiunii de 2,5 bar, furnizat de pompa de joas presiune. Cnd pistonul urc, supapa de admisie se nchide i combustibilul este comprimat. Supapa de evacuare se va deschide n momentul n care presiunea din rampa de injecie este inferioar celei create de elementul de comprimare. Pompa poate produce presiune pn la 1350 bar. Lubrifierea i rcirea echipamentului de injecie este asigurat de ctre combustibil. Regulatorul de presiune Modularea presiunii la nivelul rampei se face prin intermediul unui regulator de presiune, ce se monteaz la nivelul pompei de nalt presiune. Pe perioada de pornire a motorului, presiunea n ramp trebuie s fie de minim 200 bar. Calculatorul EDC controleaz foarte fin presiunea din sistem pe baza informaiei primite de la senzorul de presiune montat pe rampa de injecie. Pompa de nalt presiune comprim mai mult combustibil dect este necesar pentru funcionarea motorului urmnd ca surplusul s fie returnat spre rezervor. La una din extremitile rampei de nalt presiune se gsete o supap de securitate care se deschide n cazul n care presiunea n sistem atinge 2000 bar. Prin aceast supap, motorina ajunge n circuitul de retur. Rampa de injecie este realizat din oel forjat care cedeaz n cazul n care presiunea n interiorul acesteia atinge 6000 bar. Regulatorul de presiune este plasat n aval de supapele de evacuare ale elemenilor de comprimare (figura 2.6). Fora de presiune a motorinei acioneaz asupra supapei, dar acestei fore i se opune fora arcului plus fora generat de electromagnet. Prin variaia forei electromagnetice se poate controla presiunea din rampa de injecie. Regulatorul este comandat n semnal RCO/PWM. 17 Fig. 2.6. Regulatorul de presiune n cazul n care regulatorul nu este comandat electric, presiunea n ramp este minim deoarece fora de presiune nvinge fora arcului. Circuitul de retur prezentat n figura 2.2 permite controlul echipamentului diesel prin msurarea debitului de retur n anumite condiii. Rampa de injecie Pe lng rolul de acumulator de combustibil presurizat, rampa are i rolul de amortizare a pulsaiilor hidraulice ce apar n circuit i din acest punct de vedere, ea 18 trebuie s aib un volum apreciabil. Totui, un volum ct se poate de redus este de dorit pentru a se realiza o amorsare rapid a rampei, pe perioada de pornire a motorului, astfel c, n final, constructorul apeleaz la un compromis. Volumul rampei este de cca. 18 cm3. Captorul de presiune este ataat rampei i nu poate fi nlocuit separat. n caz de defect al captorului de presiune se va nlocui complet rampa. Injectoarele Injectoarele ntlnite la CP1 sunt identice din punct de vedere funcionare cu cele de la CP3, fiind electromagnetice i controlate de ctre EDC. La alimentarea cu impulsuri de tensiune injectoarele se deschid. Timpul lor de alimentare este stabilit de EDC pe baza informaiilor primite de la senzorii sistemului. Injectoarele sunt controlate secvenial. nchiderea injectoarelor Combustibilul ptrunde n camera de comand prin intermediul unui orificiu. Meninerea presiunii n aceast camer este asigurat de ctre o supap cu bil. Tot la aceei presiune se afl i combustibilul din camera inferioar a injectorului. n aceste condiii acul injectorului este meninut pe scaunul de ctre fora arcului su (figura 2.7, a). Deschiderea injectorului Prin crearea unui dezechilibru de presiune ntre camera inferioar i cea de control, acul injectorului se va ridica de pe scaunul su. Reducerea presiunii la nivelul camerei de control, i deci ridicarea acului, se face prin alimentarea cu 12 V a electromagnetului cu care este prevzut injectorul. n aceast situaie, reducerea de presiune este stpnit datorit orificiului de diametru foarte mic prin care se face alimentarea acestei camere. n cazul ntreruperii alimentrii electrice a electromagnetului, bila se va aeza pe scaunul su, dup care se restabilete echilibrul de presiune ntre camera de control i cea inferioar. 19 a. injector nchis b. injector deschis Fig. 2.7. Funcionarea injectorului electromagnetic 3. SISTEMUL BOSCH CP3 Sistemul CP3 deriv din sistemul CP1, iar principalele diferene sunt: n pompa de nalt presiune este ncorporat o pomp mecanic de alimentare, de joas presiune; Sistemul nu este prevzut cu pomp electric de alimentare, dar exist i excepii cnd avem pomp electric ce funcioneaz numai la punerea contactului cu rolul de amorsare al circuitului de joas presiune; Regulatorul de presiune (actuator de debit) este plasat la intrarea combustibilului n pompa de nalt presiune, astfel nct pompa va comprima doar cantitatea de combustibil necesar; n acest fel, pompa de nalt presiune va consuma mai puin energie, crescnd astfel eficiena motorului termic; Temperatura combustibilului pe partea de retur scade fa de cea de la CP1, astfel rcirea motorinei este eliminat. Pompa mecanic de joas presiune Aceast pomp, de tipul cu roi dinate, alimenteaz pompa de nalt presiune prin intermediul unei supape regulatoare. Antrenarea pompei se face de ctre arborele pompei de nalt presiune, ce preia energie mecanic de la motorul termic prin intermediul curelei/lanului de distribuie. Pompa este prevzut la interior, pe partea de refulare, cu o supap (supapa pompei de transfer), ce are rolul de a modula presiunea combustibilului la intrarea n pompa de nalt presiune. 20 Filtrul de combustibil n cazul sistemelor CP3, ansamblul filtrului de combustibil nu mai conine termostatul i regulatorul de presiune combustibil. n plus acum avem un dispozitiv de nclzire al motorinei de la nivelul filtrului cu scopul de a combate obturarea filtrului n perioada rece. Temperatura combustibilului La sistemele CP3, temperatura combustibilului pe retur este apropiat de cea ambiental (datorit cantitii mai reduse ce este comprimat n pompa de nalt presiune) i, din acest motiv, nu este necesar rcirea sa nainte de trecerea n rezervor. n mod normal, pe retur temperatura motorinei este de cca. (30 35) C. Actuatorul de debit Actuatorul de debit este plasat ntre pompa mecanic de joas presiune i cea de nalt presiune. Acest actuator are rolul de a modula debitul de combustibil admis n pompa de nalt presiune, cu scopul de a obine o presiune variabil la ieirea acesteia (figura 2.8). Dac actuatorul nu este alimentat electric de ctre calculator, avem comunicare ntre orificiile A i B. n aceast situaie, presiunea la ieirea din pomp crete rapid i poate atinge 2000 bari. Cnd calculatorul detecteaz acest lucru se oprete funcionarea motorului. Actuatorul de debit este comandat de EDC prin semnal de tip RCO/PWM. 4. SISTEMUL LUCAS DELPHI Schema de principiu a sistemului se red n figura urmtoare: Fig. 2.8. Actuatorul de debit pentru CP3 21 Fig. 2.9. Sistemul Lucas Delphi Sistemul LUCAS Delphi este asemntor cu CP3 i conine urmtoarele elemente: - o pomp mecanic de joas presiune ncorporat n pompa de nalt presiune (n aceast situaie, nu exist pomp electric de alimentare), - un regulator de presiune, poziionat la intrarea n pompa de nalt presiune cu rolul de a modula cantitatea de combustibil admis n pomp , - un ajutaj Venturi este montat pe returul de la pomp. Funcionare Pompa de nalt presiune, antrenat de motor prin intermediul curelei de distribuie, creeaz n rampa de injecie o presiune de maxim 1600 bar. Presiunea la nivelul rampei este modulat prin intrermediul actuatorul de debit, ce modific umplerea pompei de nalt presiune. Presiunea minim necesar la pornirea motorului este de minim 200 bar. Controlul cu precizie al presiunii n rampa de injecie se face de ctre EDC, pe baza informaiei primite de la senzorul de presiune, montat n rampa de injecie. Tot prin intermediul EDC se face i controlul injectoarelor; acionarea acestora este de tip electric prin punere la mas. Circuitul de retur este format din circuitul de retur al injectoarelor i circuitul de retur de la pompa de nalt presiune. Pentru prevenirea surplusului de carburant n cilindri, pe returul injectoarelor se utilizeaz un tub Venturi. Pompa de nalt presiune Construcia pompei de nalt presiune este de tipul cu pistonae radiale, acionate de ctre un inel cu came aflat ntr-o o micare de rotaie permanent. Lubrifierea pompei i rcirea intern sunt realizate prin intermediul combustibilului. 22 Fig. 2.10. Pompa de nalt presiune cu pistonae radiale Rampa de nalt presiune Rampa este realizat din oel forjat i are o construcie sferic (figura 2.11), cu scopul de a ocupa ct mai puin spaiu i de a amortiza eficient pulsaiile de presiune ce pot aprea n sistem. 23 Fig. 2.11. Rampa central sferic Injectoarele Injectoarele (figura 2.12) lucreaz pe acelai principiu cu cele de la BOSCH. Acestea au, suplimentar, rolul de securizare a sistemului, n cazul excesului de presiune. Injectoarelor au fiecare cte un cod ce este atribuit la fabricaie CII sau C2I. Acest cod este de tip alfanumeric (ex. 46AC644A769273) i are rolul de a corija comenzile date de EDC. a. injector nchis b.primire semnal electric c. deschiderea injectorului d. injector nchis Fig. 2.12. Injectorul 24 nainte de apariia sistemelor common rail, durata injeciei era definit de cantitatea de combustibil stabilit i debitat prin pompa de injecie. La sistemele common rail durata injeciei este dat de timpul de alimentare al injectorului de ctre calculator. Durata injeciei depinde de doza calculat de calculator i de presiunea din rampa de injecie Pentru stabilirea dozei de combustibil ce trebuie injectat n motor, parametrii de baz luai n considerare sunt poziia pedalei de acceleraie i turaia motorului. Rezultatul obinut se corecteaz n funcie de anumii parametrii cum ar fi: temperatura aerului i a lichidului de rcire, masa de aer, vitez vehicul, etc. Avansul la producerea injeciei depinde de durata injeciei (doz combustibil), turaia motorului i de informaia provenit de la accelerometrul montat pe blocul motor. Valoarea rezultat se corecteaz n funcie de: temperatur aer, temperatur lichid rcire, presiune atmosferic, vitez vehicul. Tipul injeciei (cu sau fr preinjecie) este funcie numai de turaia motorului. Pentru reducerea nivelului de zgomot, calculatorul controleaz individual fiecare injector. Acesta calculeaz durata i avansul preinjeciei ce se produce anterior injeciei principale. Timpul dintre preinjecie i injecia principal este controlat funcie de turaia motorului. 3. SISTEMUL DE TURBO SUPRAALIMENTARE A M.A.I. Turbosupraalimentarea utilizeaz energia gazelor de evacuare care n mod normal sunt deversate n atmosfer. Debitul de gaze evacuate antreneaz turbina care, la rndul su, antreneaz compresorul ce este montat pe un arbore comun cu aceasta. Prin procedeul de supraalimentare, presiunea n colectorul de admisie este superioar celei atmosferice, ajungnd uneori i la 2,5 3,0 bar presiune absolut. Creterea cantitii de aer este acompaniat de creterea dozei de combustibil injectate, ce are ca rezultat creterea puterii motorului. Astfel, tehnica supraalimentrii motoarelor permite creterea puterii litrice. Exemple de notorietate, n acest sens sunt: VW TSI 1.4 l: 170 CP, Renault dCI 2.0 l: 140 170 CP, etc. Figura 3.1. prezint o schem de principiu a tehnicii de turbosupraalimentare. Se observ c turbina este o main rotativ centripet, n timp ce compresorul este o main centrifug. 25 Fig. 3.1. Schema de principiu a turbosupraalimentrii Turbina este realizat din aliaj nichel crom, datorit faptului c aceasta trebuie s suporte temperaturi ce pot depi chiar 1000C. Compresorul este confecionat din aliaj aluminiu-siliciu. Principalele avantaje ale supraalimentrii sunt urmtoarele: Reducerea consumului de combustibil Comparativ cu un motor aspirat normal de aceeai putere, turbosupraalimentarea permite reducerea consumului de combustibil, ca urmare a faptului c destinderea gazelor arse este mai complet, ea continundu-se n turbin. Totodat, tehnica turbosupraalimentate permite motoarelor obinerea unui anumit nivel de putere cu o cilindree mai redus, comparativ cu motoarele aspirate natural, ceea ce nseamn pierderi prin frecare mai reduse, deci un randament mecanic superior. Reducerea raportului putere / greutate motor Acest raport este superior celui care caracterizeaz motoarele aspirate natural. Puterea motorului nu este afectat de altitudine Odat cu creterea altitudinii, la motoarele aspirate natural puterea este afectat prin reducerea eficienei volumetrice. La motoarele supraalimentate, refacerea puterii este posibil datorit modificrii regimului de lucru al turbinei. 26 Lagrele turbocompresorului Lagrele au rolul de a susine i unge arborele turbosuflantei, ce se poate roti cu turaii ce pot depi 200.000 rot/min. Lagrele pot fi de tipul inelelor sau de tip semicuzinei. Fig. 3.2. Lagrele turbocompresorului. Detalii n cazul lagrelor de tip inel (buc), acestea se rotesc cu jumtate din turaia arborelui turbosuflantei. ntre inel i arbore, precum i ntre carcas i inel, exist n permanen ulei sub presiune din sistemul de ungere al motorului. n cazul lagrelor tip semicuzinei, acetia sunt asigurai contra rotirii i beneficieaz de ungere sub presiune similar cu lagrele arborelui cotit al motoarelor. n cazul ungerii insuficiente, lagrele se distrug rapid; debitul de ulei necesar este de 8-10 litri/min, iar presiunea de cca. 4 bar. n ultima perioad, se manifest un interes pentru utilizarea lagrelor tip rulmeni cu ace. Controlul presiunii de supraalimentare Dac turbosuflanta ar fi proiectat s produc maximum de putere la turaia maxim a motorului, aceasta ar avea dimensiuni sporite si o greutate apreciabil a pieselor n micare de rotaie, ceea ce ar afecta timpul de rspuns n cazul turaiilor reduse de funcionare. Micorarea dimensiunilor agregatului este, prin urmare, de dorit, dar acest lucru se face astfel nct s produc un nivel acceptabil de putere n cazul turaiilor reduse i s rspund prompt solicitrilor de sarcin. 27 Pe de alt parte, utilizarea unui turbocompresor de dimensiuni reduse (turaie ridicat de funcionare) creaz riscul producerii unei suprapresiuni. n aceast situaie, trebuie redus turaia de funcionare a turbinei, lucru realizabil prin intermediul unei supape ce limiteaz debitul de gaze. Aceast supap denumit wastegate este acionat prin intermediul unei tije ce face legtura cu o capsul pneumatic (figura 3.3). a. wastegate montat pe turbin b. wastegate montat pe compresor Fig. 3.3. Controlul presiunii de supraalimentare Turbina cu geometrie variabil (VNT) Sistemul de control al turbinei permite variaia debitului de gaze arse ce trece prin turbin Acest lucru este posibil prin variaia seciunii de trecere a gazelor la intrarea n turbin, n concordan cu regimul de funcionare al motorului. Dup cum se observ n figura 3.4, variaia seciunii de intrare a gazelor n turbin este posibil ca urmare a existenei unui ansamblu platou turnant-volei orientabili. 28 Fig. 3.4. Turbina cu geometrie variabil n zona turaiilor reduse, seciunea de trecere a gazelor arse este redus. Voleii mecanismului de variaie a seciunii sunt spre poziia nchis, limitnd debitul de gaze arse. n zona turaiilor ridicate, debitul de gaze arse devine important, iar voleii ocup poziii ce permit seciuni sporite de trecere pentru gazele de evacuare. Rcitorul intermediar/Intercooler Odat cu comprimarea aerului de ctre compresor are loc i nclzirea sa, ceea ce afecteaz densitatea i, odat cu ea, eficiena umplerii. Pentru a combate acest fenomen se apeleaz la rcirea aerului refulat de compresor prin intermediul unor rcitor denumite intercooler. Fig. 3.5. Rcirea aerului refulat de compresor 29 Cel mai adesea se utilizeaz intercoolere de tip aer aer, caracterizate de o reducere a temperaturii cu valori care ating uneori chiar 100 C. 4. SISTEME DE DEPOLUARE CHIMIC A MOTOARELOR Necesitatea postratrii gazelor de evacuare Actualmente, una din problemele majore cu care se confrunt automobilul o reprezint poluarea mediului ambiant. Ca urmare, normele Europene tot mai severe (tabelul 1) au impus dezvoltarea unor procedee complexe care s asigure perfecionarea proceselor de lucru ale motoarelor cu aprindere prin scnteie. Constructorii i-au orientat cercetrile pe dou direcii fundamentale. O prim direcie o reprezint depoluarea la genez prin metode ce au ca scop mbuntirea formrii i arderii amestecului (controlul calitii combustibilului i a formrii amestecului, controlul organizrii micrii aerului n cilinru, optimizarea arhitecturii camerei de ardere, faze variabile de distribuie, creterea presiunii de injecie, optimizarea avansului la aprindere, etc.). Cea de-a doua direcie presupune adoptarea unor sisteme de posttratare a gazelor evacuate. n acest context experiena a artat c reactorul catalitic cu trei ci (TWC Three Way Catalyst) i filtrul de particule (FAP-Filtre Particule) sunt elemente indispensabile n structura sistemului de depoluare a unui motor destinat traciunii rutiere. Cercetri de anvergur sunt legate, de asemenea, de arhitectura de implementare a acestor sisteme pe autovehicul i de comportamentul n exploatare. n tabelul 1 sunt detaliate limitele impuse de normele EURO i evoluia acestora. Tabel 4.1. Evoluia normelor EURO Poluani CO [g/km] HC [g/km] HC+NOx [g/km] NOx [g/km] Particule [g/km] Norme Diesel Benzina Benzina Diesel Diesel Benzina Diesel Benzina ID/IDI ID/IDI ID/IDI ID/IDI ID Euro 3 (2000/2001) 0,64 2,3 0,2 0,56 0,5 0,15 0,05 - Euro 4 (2005/2006) 0,5 1 0,1 0,3 0,25 0,08 0,025 - Euro 5a (2009/2011) 0,5 1 0,1 0,23 0,18 0,06 0,005 0,005 Euro 5b (2011/2014) 0,5 1 0,1 0,23 0,18 0,06 0,0045 0,0045 Euro 6b (2014/2016) 0,5 1 0,1 0,17 0,08 0,06 0,0045 0,0045 ID injecie directa IDI injecie indirecta 30 Reactorul catalitic elemente constructive i performane funcionale Reactorul catalitic este o component a sistemului de tratare a gazelor evacuate ntlnit att la motoarele cu aprindere prin scnteie cu injecie n poarta supapei de admisie, ct i la cele cu injecie direct de benzin (n cilindrul motorului). n general, un reactor catalitic presupune urmtoarele pri componente: carcas metalic, material de izolare i meninere pentru suportul ceramic/metalic, suport ceramic/metalic (denumit i monolit) acoperit cu alumin de mare suprafa n care s-a impregnat materialul activ, constituit din metale nobile (platin, paladiu, rhodium) i cerin (CeO2) cu rol de stocare a oxigenului. n figura 4.1 este exemplificat sintetic construcia unui reactor catalitic. Monoliii ceramici au structur sub form de fagure i sunt obinui prin presare-sinterizare. Pot avea diferite forme: rotund, oval, dreptunghiular. Grosimea pereilor celulelor este de circa 0,3 mm. Din punct de vedere funcional se urmrete ca structura monolitului s nu conduc la contrapresiuni de natur s compromit performanele dinamice i economice. Temperatura de lucru a monolitului ceramic nu trebuie s depeasc 900 C, avnd punctul de topire la 1355 C. Cu titlu de exemplu, pentru un autoturism de clas medie principalele caracteristici ale unui reactor catalitic sunt urmtoarele: - volum total: 1,4 l; volum prima zona: 0,5 l; volum a doua zona: 0,9 l; - diametru: 125 mm; suprafa geometric specific: 3 l m /2; - densitatea materialului: 1,7 3/ cm g ; numr de celule/ 2cm : 60. Un parametru funcional important l reprezint cantitatea de cldur necesar pentru nclzirea de la 0 la 100 C, raportat la volumul de lucru al reactorului catalitic. Experiena a artat c pentru un monolit ceramic acest parametru atinge valori medii de 60 - 65 kJ/l. 31 Fig. 4.1. Construcia unui reactor catalitic cu trei ci Trebuie subliniat faptul c n general costurile de fabricaie ale unui astfel de reactor catalitic sunt importante i sunt distribuite dup cum este indicat n figura 4.2. Fig. 4.2. Structura costului de fabricaie pentru T.W.C. Monolitul metalic este folosit din ce n ce mai mult n ultima perioad, deoarece prezint urmtoarele avantaje: - cantitatea de cldur necesar pentru nclzirea de la 0 la 100 C pentru un monolit de 1 litru este de 31 kJ, ceea ce reduce semnificativ timpul de amorsaj al reactorului catalitic, - fiabilitate mbuntit fa de cel cu suport ceramic, - are volum mai mic ca urmare a scderii grosimii pereilor, ceea ce duce la o contrapresiune mai mica pe tronsonul de evacuare, 32 - construcie simplificat (nu mai necesit sisteme de fixare), - funcioneaz la temperaturi mai ridicate ( 1100C); Dezavantaje: rcirea mai rapid la sarcini sczute, datorit masei sczute i a conductivitii termice ridicate; acest dezavantaj se elimin parial prin montarea n apropierea motorului. Suprafaa catalitic activ este o depunere de metale nobile (platin, paladiu, rhodiu). La catalizatorul cu trei ci este utilizat de obicei un amestec de platin-rhodiu. Efectul acestor metale nobile asupra poluanilor este redat sintetic n tabelul 4.2. Tabelul 4.2. Efectul materialelor nobile asupra poluanilor Noxe Material nobil HC CO Nox Pt (platin) + + + + + + Pd (paladiu) + + + + + + + + Rh (rhodiu) + + + + + + + + + + eficacitate mare; + + eficacitate medie; + eficacitate mic Rolul reactorului catalitic cu trei ci este acela de a trata trei componente de noxe rezultate n urma arderii amestecului aer-combustibil (figura 4.3): HC (hidrocarburi nearse), CO (monoxid de carbon), NOx (oxizii de azot, NO i NO2), rezultnd elemente nenocive: H2O (vapori de ap), CO2 (dioxid de carbon) i N2 (azot). Fig. 4.3. Reaciile de tratare catalitic din T.W.C. Reaciile au loc n dou faze: n prima faz, CO i HC sunt tratate prin oxidare, oxigenul necesar arderii fiind extras ca oxigen rezidual, datorat arderii incomplete, iar n faza a doua are loc reducerea oxizilor de azot (NOx). Reactorul catalitic ndeplinete i o funcie suplimentar, aceea de stocare a oxigenului. Aceast funcie este asigurat prin prezena cerinei n compoziia materialului depus pe suprafaa catalitic activ. Cerina acioneaz ca regulator al concentraiei de oxigen n cazul amestecurilor srace (cerina 33 stocheaza oxigenul), iar n cazul amestecurilor bogate aceasta furnizeaz oxigen pentru oxidarea CO i HC n CO2 . Experiena arat c gradul de conversie al T.W.C este puternic influenat de calitatea amestecului admis n cilindrii motorului. Calitatea amestecului este caracterizat prin coeficientul excesului de aer, , sau prin coeficientul excesului de combustibil, = /~ 1 denumit uneori i mbogire (richesse). Aa cum se observ n figurile 4.4 i 4.5, pentru ca reactorul catalitic s funcioneze cu o eficacitate maxim (circa 98%) se impun dou cerine fundamentale: valorile lui respectiv ~sa fie stabilizate n plaja 03 0 1 , (fereastr de reglaj), iar temperatura de lucru (de amorsare) s fie peste 300-350C. Prima condiie este ndeplinit prin utilizarea reglajului n bucl nchis prin intermediul calculatorului de injecie (ECU). Elementul cheie care asigur meninerea lui n zona ferestrei de reglaj este sonda Lambda traductorul care msoar coninutul de oxigen din gazele evacuate. Fig. 4.4. Corelaia dintre eficacitatea de conversie i calitatea amestecului Fig. 4.5. Corelaia dintre eficacitatea de conversie i temperatur Metode de amorsare i efectul asupra performanelor de depoluare n general, sunt ntlnite dou metode de amorsare: metoda reducerii avansului la aprindere i metoda injeciei de aer n amontele reactorului catalitic. Prima metod conduce la extinderea procesului de ardere ctre cursa de destindere astfel c gazele care ajung la T.W.C au o temperatur ridicat. Evident c metoda presupune un sacrificiu de performane dinamice i de consum. n figura 4.6 este prezentat corelaia dintre temperatura de funcionare a T.W.C i reducerea avansului la aprindere, iar n figura 4.7 este evideniat efectul asupra concentraiei de HC. 34 Fig. 4.6. Influenta reducerii avansului asupra temperaturii de funcionare a TWC Fig. 4.7. Influenta reducerii avansului asupra HC Se constat c o uoar ntrziere la declanarea scnteii electrice (230 RAC dup punctul mort superior - PMS) conduce nu numai la intrarea rapid n regimul de lucru a reactorului catalitic ci i la atingerea unui minim de concentraie pentru HC. Se adaug la aceasta i o diminuare a concentraiei de NOx (efect cunoscut la reducerea avansului la aprindere). Acest mod de amorsare are avantajul simplitii constructive, dar are dezavantajul creterii consumului de combustibil. Cea de-a doua metod presupune injectarea unei cantiti de aer n amontele T.W.C. folosind un sistem alctuit din urmtoarele elemente (figura 4.8): pomp de aer, injector de aer i clapet antiretur. Aerul injectat asigur oxigenul necesar reaciilor de post-oxidare pentru CO i HC astfel c se obine o cretere rapid de temperatura ca urmare a acestor reacii exoterme. n acest mod T.W.C. reuete s ajung uor la temperatura de regim. 35 Fig. 4.8. Schema de principiu pentru un sistem de amorsare cu injecie de aer Cercetrile experimentale efectuate pe standul cu rulouri, n cazul unui autoturism de clas medie, rulnd dup ciclul urban (NEDC), au evideniat faptul c aceast soluie conduce la o reducere semnificativ a timpului de amorsare (figura 4.9). Graficele au urmtoarele semnificaii: - curba 1 reprezint temperatura gazelor la intrarea n reactorul catalitic, - curba 2 reprezint temperatura primului miez catalitic, - curba 3 - temperatura celui de-al doilea miez din reactorul catalitic iar curba 4 reprezint prima secven, respectiv a doua secven de rulaj-vitez automobil ca funcie de timp - pe ciclului European (NEDC). Se constat c, primul miez catalitic intr n regim termic (300C) dup circa 20 secunde, iar al doilea miez, dup circa 35 secunde, n condiiile n care viteza autovehiculului nu depete 15 km/h. Prin urmare, soluia permite amorsarea rapid a T.W.C n regimurile foarte joase de sarcin i turaie ale motorului cu aprindere prin scnteie, adic n regimurile critice n ceea ce privete emanaiile de noxe (CO si HC). 36 Fig. 4.9. Corelaia dintre temperatura TWC i timpul de amorsare dup nregistrat n urma rulrii dup ciclul urban (NEDC) Date constructive si de funcionare ale FAP/DPF Filtrul de particule este un sistem de filtrare utilizat pentru a reine particulele fine, cu efect cancerigen, coninute n gazele de evacuare. Aceste particule de funingine sunt n mod esenial compuse din carbon i au mrimi tipice cuprinse ntre 10 nm i 1 m. Particulele mai fine (nanoparticulele) nu pot fi reinute in totalitate de actualele soluii constructive pentru FAP/DPF. Studiile experimentale au artat c hidrocarburile aflate la temperaturi ridicate (mai mari de 1500C) i n prezena unei cantiti mici de oxigen (amestec bogat, coeficientul excesului de aer, > 1 iar t = 0,82 - 0,935. Puterea se msoar n Watt [W] Momentul motor se msoar n Newton metru [Nm] . 2. AMBREIAJE a) Introducere Ambreiajul este inclus n transmisia automobilului n vederea compensrii principalelor dezavantaje funcionale ale motorului cu ardere intern precum i ale cutiei de viteze mecanice n trepte, astfel acesta trebuie s asigure: + cuplarea progresiv a motorului cu restul transmisiei la pornirea din loc a automobilului; + decuplarea temporar a transmisiei la: - pornirea motorului termic, n vederea atingerii regimului de funcionare stabil a acestuia; - schimbarea treptelor de vitez; - frnarea automobilului pn la oprire; + limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din organele transmisiei i motorului (cuplaj de siguran); 55 + izolarea ntre motor i transmisie a vibraiilor torsionale provenite din funcionarea motorului i din deplasarea automobilului pe cale. Starea cuplat a ambreiajului corespunde existenei legturii de cuplare, iar starea decuplat corespunde desfacerii legturi de cuplare (figura 2.1). Trecerea ambreiajului din starea decuplat n starea cuplat se obine n urma aciunii de ambreiere, iar trecerea din starea cuplat n starea decuplat se obine n urma debreierii. Dup felul legturii de cuplare se deosebesc: ambreiaje mecanice la care legtura de cuplare este reprezentat de forele de frecare ce iau natere n suprafeele frontale de contact ale prilor conductoare i condus sub aciunea unor fore normale de apsare dezvoltate n sisteme mecanice rigide sau elastice; ambreiaje hidrodinamice (hidroambreiaje): ambreiajele la care legtura de cuplare se obine printr-un lichid, dup principiul de lucru al mainilor hidraulice rotative; ambreiaje electromagnetice: ambreiajele la care legtura de cuplare este consecina unui cmp electromagnetic indus ansamblului condus de amsamblul conductor. b) Cerine funcionale ce trebuiesc ndeplinite de ambreiaj Un ambreiaj bine conceput i corespunztor reglat, trebuie s ndeplineasc urmatoarele cerine functionale: la decuplare, s asigure desfacerea rapid i total a legturii dintre motor i transmisie, pentru a da posibilitatea schimbrii treptelor de vitez fr ocuri i pentru a prentmpina uzura prematur a ambreiajului prin existen frecrii mecanice din suprafeele de contact, atunci cnd automobilul este oprit cu motorul n funciune i dintre cutia de viteze cuplat; la cuplare, s asigure cuplarea lin i complet a motorului cu transmisia, adic s permit o cretere progresiv a momentului pe care l transmite, pentru a se evita pornirea brusc din loc a automobilului i apariia unor solicitri dinamice nsemnate n transmisie. Cum n fazele cuplrii ambreiajului o parte din energia motorului se transform prin patinarea ambreiajului n cldur, ambreiajul trebuie s fie capabil s preia ntreaga cldur rezultat, fr a se produce creteri periculoase de temperatur, i s o cedeze cu uurin mediului exterior; a) b) Fig. 2.1. a-starea cuplat a ambreiajului; b-starea decuplat a ambreiajului 56 n stare cuplat, n toate condiiile normale de funcionare ale automobilului, s asigure transmiterea integral a momentului maxim al motorului, fr patinare, iar n regimurile n care pot aprea suprasarcini dinamice s limiteze, prin patinare, creterea momentului, evitndu-se astfel suprasolicitarea organelor transmisiei. De asemenea, fa de caracterul periodic variabil al momentului motorului i aleator variabil al rezistenelor la naintare, ambreiajul trebuie s asigure izolarea transmiterii vibraiilor de torsiune ntre motor i transmisie. n afara condiiilor impuse ambreiajului n diversele faze de funcionare, acesta trebuie s mai ndeplineasc urmtoarele: momentul de inerie al prii conduse, solidare la rotaie cu arborele primar al cutiei de viteze, s fie ct mai mic, un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale roilor dinate ce urmeaz a fi cuplate; pe toat durata de funcionare, parametrii de baz s varieze ct mai puin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilor urmnd s se menin timp ndelungat; s aib o durat de serviciu i o rezisten la uzur ct mai mari; s aib dimensiuni geometrice i mase ct mai reduse; s confere siguran n funcionare printr-o construcie simpl i ieftin. 2.1. Construcia i funcionarea ambreiajelor mecanice La ambreiajele cu arc central diafragm, n funcie de sensul de acionare al forei de decuplare, se disting dou tipuri: ambreiajul cu arc diafragm decuplabil prin comprimare, numit i ambreiaj de tip apsat i ambreiajul cu arc diafragm decuplabil prin traciune, numit i ambreiaj de tip tras. Construcia ambreiajului cu arc diafragm de tip apsat (fig.2.2.) utilizat la majoritatea autoturismelor de talie mic i medie, precum i a autoutilitarelor uoare, cuprinde n partea conductoare: volantul 1 al motorului, carcasa ambreiajului 2, discul de presiune 3 i arcul diafragm 4, montat precomprimat n carcas. Solidarizarea n rotaie dintre discul de presiune 3 i carcasa 2 se face prin intermediul lamelelor elastice multiple 5, care permit i translaiile relative dintre disc i carcas necesare decuplrii i compensrii uzurilor. n stare cuplat, starea normal a ambreiajului (poziia C deasupra axei de simetrie fig. 2.2.), arcul diafragm 4, precomprimat ntre discul de presiune i carcas, apas prin diametrul bazei mari asupra discului de presiune, exercitnd astfel fora de apsare necesar meninerii ambreiajului n stare cuplat. Fa de carcasa 2, arcul se sprijin prin intermediul proeminenei Fig. 2.2. Construcia ambreiajului cu arc diafragm apsat 57 circulare a ambutisat pe carcas. Pentru decuplare (poziia D sub axa de simetrie fig. 2.2.), prin apsarea pedalei 6 este determinat rotirea prghiei de debreiere 7, ce este articulat fa de carterul ambreiajului; manonul de decuplare 8 se deplaseaz axial spre stnga, acioneaz arcul diafragm n zona cercului bazei mici i se rotete n raport cu articulaia de pe carcas. Ca urmare a rotirii arcului n sens orar, rezemat pe coroana inelar b fixat pe carcasa 4, nceteaz aciunea de apsare asupra discului de presiune i, prin lamele multiple 5, cu rol de arcuri reaductoare, discul de presiune 3 se retrage spre carcas, realizndu-se astfel decuplarea ambreiajului prin desfacerea legturii cu frecare dintre discul condus 9 i suprafeele conductoare de frecare ale volantului 1 i discului de presiune 1. 2.1.2. Discul condus Discul condus este un subansamblu constructiv al prii conduse a ambreiajului, care, sub aciunea forelor axiale dezvoltate n mecanismul ambreiaj, permite transmiterea fluxului de putere al motorului ctre arborele condus al ambreiajului.Principalele cerine funcionale ale acestui subansamblu sunt: s transmit integral momentul motor; s utilizeze cu eficacitate fora furnizat de mecanismul ambreiaj; s asigure progresivitate la cuplarea ambreiajului la pornire din loc sau dup schimbarea treptei de vitez; s permit o bun ventilare; s asigure izolarea vibraiilor de torsiune provenite de la motor pentru a proteja transmisia. Discul condus (fig.2.3) este format din discul suport 2 pe care se fixeaz garniturile de frecare 1 i 3, butucul cu flana 5, izolatorul pentru vibraii detorsiune, format din elementul elastic 6 i inelele de frecare 4 i 7, discul suplimentar (de nchidere) 9 i niturile de asamblare 8. Discul suport din componena discului condus al ambreiajului este realizat din oel i are un dublu rol: fixarea garniturilor de friciune i transmiterea momentului de torsiune ntre garniturile de frecare i butucul discului. La cuplare, creterea momentului capabil al ambreiajului depinde de proprietile elastice ale ambreiajului i de ritmul a) b) Fig. 2.3. Construcia discului condus a) vedere generala ; b) elemente componente 58 cuplrii. Proprietile elastice n direcia axial ale discului condus au importan deosebit asupra cuplrii line a ambreiajului. Cu ct este mai mare elasticitatea axial a discului condus, cu att creterea forei de apsare dintre suprafeele de frecare, respectiv a momentului de frecare, va fi mai progresiv, iar cuplarea ambreiajului va fi mai lin. Progresivitatea cuplrii este asigurat de elasticitatea axial a discului condus, iar proprietile elastice depind de construcia discului suport. Garniturile de tip FERODO, care erau folosite curent pn acum i care aveau n compoziie fibre de azbest, au fost nlocuite de garnituri din rini sintetice armate cu fibre de kevlar sau cu fibre din sticl, nepoluante prin particulele rezultate din uzura garniturilor. Utiliznd metalurgia pulberilor, prin sinterizare se pot obine garnituri de o bun calitate, care au ns tendina unei funcionri cu zgomot.Garniturile moderne sunt elaborate pe baz de fire compuse din diferite fibre i impregnate cu liant, nfurate ntr-o rin sintetic. Piesele pot avea grosimi de 2,74 mm. Acest procedeu tehnologic le confer o bun rezisten la forele centrifugale. Pentru a proteja garniturile de frecare mpotriva nclzirii exagerate, pe suprafaa acestora se prevd o serie de canale radiale, prin care, la rotirea ambreiajului, circul aer care contribuie la rcirea suprafeelor de frecare. In acelai timp, anurile contribuie la meninerea curat a suprafeelor de frecare prin evacuarea centrifugala a particulelor rezultate din uzura garniturilor i, ntr-o msur oarecare, la cuplarea total i rapid a ambreiajului prin nlturarea fenomenului de ventuzare a garniturilor de frecare pe suprafeele de contact. 2.1.3. Mecanismul ambreiaj Mecanismul ambreiaj este subansamblul ce asigur apsarea i eliberarea discului de friciune, poziionat ntre acesta i volant. Fixarea mecanismului de ambreiaj pe volant este de tip demontabil i este realizat cu ajutorul unor elemente de centrare i al unor uruburi dispuse n zona periferic. Principalele cerine funcionale ale acestui subansamblu sunt: s exercite o presiune uniform repartizat asupra discului de friciune; s fie bine echilibrat dinamic; s aib gabarit axial minim. n componena acestui subansamblu se gsesc urmtoarele elemente principale (fig.2.4): dispozitivul elastic de apsare (presiune) 1, discul de presiune 3, carcasa ambreiajului 2(mecanismului) 59 a) Dispozitivul elastic de apsare Dispozitivul elastic de apsare (presiune) este constituit de arcul central diafragm i soluia de fixare a arcului precomprimat ntre carcas i disc de presiune. Fora de apsare este realizat de un singur arc, de o construcie special, numit diafragm. n stare liber, arcul diafragm are forma unui trunchi de con, cu brae elastice, formate prin decupri radiale (fig. 2.5). Fora elastic a arcului pentru o sgeat dat variaz n funcie de grosimea tablei, de unghiul conului i de diametrele de rezemare pe carcasa mecanismului i pe discul de presiune. n funcie de sensul forei de decuplare (manonul de decuplare apas sau trage partea central a arcului), se disting dou tipuri de mecanisme: mecanism de tip apsat, cnd la decuplare manonul se apropie de volant, i mecanism de tip tras, cnd la decuplare manonul se ndeprteaz de volant. ntre cele dou tipuri de mecanisme este de remarcat c pentru performane identice, ambreiajul cu arc tras are o dezvoltare radial mai redus dect ambreiajul cu arc comprimat, n timp ce acesta din urm are un gabarit axial redus. Mecanismul de tip tras permite aplicarea de fore axiale mari pe discul de presiune i are aplicaii la transmisiile cu un moment mare de ncrcare, ce echipeaz autoutilitare. La ambreiajele fr dispozitive de compensare a uzurii, odat cu creterea uzurii suprafeelor de frecare, crete fora de decuplare, Fd. La ambreiajul autoreglabil SAC (Self-Adjusting Clutch), compensare se realizeaz prin modificarea poziiei de rezemare a arcului fa de carcas, n sensul menineri constante a forei de decuplare (fig.2.6.). n acest scop, fixarea arcului diafragm pe carcas este flotant axial sub aciunea unei fore (definit ca for de captor, Fcaptor), generat de un inel n form de ramp (cu o suprafa nclinat) care este amplasat ntre arcul diafragm i carcas i care este expandat prin intermediul unor arcuri elicoidale. a) b) Fig. 2.4. Construcia mecanismului ambreiaj a) vedere din fa; b) vedere din spate Fig. 2.5. Arc diafragm 1 2 3 60 n figura 2.7 se prezint schematic procedura de compensare a creterii sgeii arcului datorat uzrii suprafeelor de frecare prin forele ce acioneaz pe arcul diafragm. Poziia unghiular a arcului diafragm se schimb de-a lungul procesului de uzare a garniturilor,determinnd astfel o cretere a momentului n arc, Marc i a forei de decuplare a acestuia, Fd, datorita caracteristicii elastice a arcului. Cnd fora de acionare crete (fig. 2.7b.), fora captorului nu este suficient de mare pentru a contracara fora de pe arcul diafragm, astfel acesta se va deplasa axial de la poziia de contact cu carcasa spre motor. Jocul rezultat este compensat prin mecanismul ramp, aducnd astfel arcul diafragm la poziia unghiular iniial (fig.2.7c). Dup asamblare, mecanismul de ambreiaj este echilibrat dinamic pe un utilaj specializat; pentru a fi adus n tolerana prevzut, fie se degajeaz poriuni de material prin gurirea discului de presiune, fie se asambleaz contragreuti prin nituire pe carcas. b) Discul de presiune Discul de presiune, confecionat din font sau din oel, se afl n acelai regim de micare cu volantul motorului i are posibilitatea deplasrii axiale fa de volant, micare necesar decuplrii ambreiajului i compensrii uzurilor de frecare ale discului condus. Solidarizarea n micare de rotaie i ghidarea axial a discului de presiune cu volantul se face n mai multe moduri, din care cel mai frecvent este prin intermediul unor lamele 1 (fig.2.8), dispuse tangenial (fig. 2.8 - 2.8a), n triunghi (fig. 2.8b) sau radial (fig.2.8c). a) b) Fig. 2.6. Comparaie ntre ambreiajul clasic i ambreiajul SAC a) Ambreiajul clasic ; b) Ambreiajul autoreglabil SAC a) b) c) Fig. 2.7. Compensarea sgeii arcului diafragm 61 Pentru asigurarea unei apsri uniforme a discului condus pe suprafaa de frecare, discul de presiune trebuie s fie rigid. Pentru a facilita transferul unei cantiti ct mai mare de cldur, rezultat din procesul patinrii ambreiajului, discul de presiune este prevzut, pe partea opus suprafeei de frecare, cu aripioare de rcire. c) Carcasa ambreiajului Carcasa ambreiajului este fixat rigid pe volantul motorului prin uruburi, constituind suport pentru arcul diafragm i elementele de solidarizare n rotaie i ghidare axial a discului de presiune. In partea central, carcasa are o deschiztur circular, prin care trece arborele ambreiajului cu manonul de decuplare. Carcasa este obinut prin ambutisare din tabl cu coninut redus de carbon sau, n cazul unor ambreiaje de dimensiuni mari, prin turnare din font. Soluia realizat din tabl ambutisat ofer avantajul de a obine o uoar elasticitate axial a carcasei, ce contribuie la progresivitatea cuplrii. 2.1.4. Volantul Rolul principal al volantului, determinat de motorul automobilului, este de volant de inerie pentru reducerea gradului de neuniformitate a vitezei unghiulare de rotaie a arborelui cotit, astfel c forma i dimensiunile lui sunt determinate n mod esenial de tipul motorului (cu aprindere prin scnteie, cu aprindere prin comprimare) i regimul acestuia de funcionare (lent sau rapid)- fig.2.9. Volantul este fixat pe arborele cotit al motorului ntr-o 1 a) b) c) Fig. 2.8. Solidarizarea discului de presiune cu carcasa: a - lamele tangeniale ; b - n triunghi; c - radial. a) b) Fig. 2.9. Tipuri constructive a- a) Volantul clasic ; b- Volantul de inerie asociat cu izolatorul de vibraii de torsiune 62 poziie bine definit cu ajutorul unor uruburilor 4. n zona exterioar a acestuia se gseste coroana dintata pentru antrenare demaror 1, iar frontal se mai pot observa suprafata de frictiune cu ambreiajul 3, gaurile de echilibrare 2, si stifturile de ghidare ale placii de presine 5. Fiind compatibil n dimensiuni cu partea conductoare a ambreiajului, zona frontal a volantului constituie una dintre suprafeele de frecare. Construcia volantului este determinat de rolul funcional pe care l ndeplinete pentru motor, iar configuraia acestuia este influenat i de tipul mecanismului de ambreiaj cu care acesta este asamblat. La volantul din figura 2.9-b, dezvoltat de constructorii consacrai de ambreiaje (VALEO, LUK sau SACHS) pentru autoturisme de clas superioar, s-a asociat funcionarea volantului de inerie cu cele de element elastic suplimentar i element izolator pentru vibraiile de torsiune din grupul motopropulsor. Dublul volant este compus dintr-un volant primar 1, fixat pe arborele cotit al motorului i un volant secundar 2, pe care se monteaz mecanismul ambreiaj. ntre cei doi volani, centrai printr-un rulment 3, este amplasat izolatorul de vibraii torsionale, compus din arcurile elicoidale 4 i amortizorul 5, format dintr-un pachet de inele de frecare. Datorit spaiului disponibil n gabaritul volantului motor, dimensiunile izolatorului de vibraii pot fi majorate fa de cazul dispunerii lui n discul condus al ambreiajului i, ca urmare, rezult un filtraj al vibraiilor torsionale foarte bun chiar i n regimurile de turaie reduse. Prin nserierea arcurilor 4 ntre cei doi volani acestea ndeplinesc i rolul dispozitivului elastic suplimentar pentru limitarea momentului la cuplarea brusc a ambreiajului. 2.1.5. Manonul de decuplare Manonul de decuplare este elementul ce permite transmiterea efortului de decuplare (prin apsare sau prin traciune) primit de la furca de decuplare fixat pe carterul ambreiajului, mecanismului ambreiaj aflat n micare de rotaie. Ansamblul este concentric cu arborele ambreiajului. La ambreiajele cu mecanisme cu arcuri periferice, manonul acioneaz asupra prghiilor de decuplare. La ambreiajele cu mecanisme cu arcuri tip diafragm, manonul acioneaz direct asupra prii centrale a arcului. Manonul se compune din dou inele cilindrice coaxiale, unul n rotaie cu mecanismul ambreiaj i cellalt fr rotaie, legat de furca de comand. Pentru evitarea nclzirii provocate de frecarea de contact, la soluiile actuale, ntre aceste inele, se intercaleaz un rulment, numit rulment de presiune. Construcia unui manon de decuplare cu ghidaj central este prezentat n figura 2.10a. 63 Partea fr rotaie a manonului 1 culiseaz pe buca 2, concentric cu arborele ambreiajului, i fixat n carterul ambreiajului; partea rotitoare (inelul rotitor al rulmentului 3 acioneaz direct asupra prghiilor de decuplare sau asupra arcului de tip diafragm. Aceast construcie poate s funcioneze i fr curs liber (gard) mpreun cu un sistem de acionare adaptat. Manonul de decuplare cu autocentrare (fig. 2.10b) se utilizeaz att n situaia unei comenzi cu joc (gard), ct i n cea a unei comenzi de tipul cu apsare constant. El elimin dezavantajele provocate de dezaxarea posibil ntre manonul de decuplare i mecanismul ambreiajului (zgomot i uzur accentuate), ce pot aprea n montajul prezentat mai nainte. Rulmentul 1 se poate deplasa radial n raport cu manonul culisant 2, astfel nct se autocentreaz pe mecanismul ambreiaj 1. 2.1.6. Sistemul de acionare a ambreiajului Sistemele de acionare a ambreiajului trebuie s ndeplineasc o serie de cerine printre care: s asigure o cuplare rapid i o decuplare rapid i total, fora aplicat pedalei s fie ct mai mic (80120 N la curse ale pedalei de 80120 mm); s asigure compensarea automat a jocurilor datorate uzurilor normale ale ambreiajului, s aib o construcie simpl i sigur n utilizare. Din punct de vedere constructiv, sistemele de acionare pot fi cu comand mecanic sau cu comand hidraulic (fig. 2.11). a) Comanda mecanic a ambreiajului. La acest tip de comand, realizat n variantele moderne prin cablu, acionarea manonului de decuplare se face de ctre conductorul automobilului prin apsarea pedalei de ambreiaj. Comanda cu cablu se bazeaz pe capacitatea de a transmite fora de acionare prin deplasarea unui cablu meninut pe un traseu de regul curbiliniu de o teac fix. Construcia unui astfel de mecanism este prezentat n figura 2.11a. Comanda se transmite de la pedala 1 la prghia (furca) de debreiere 5 prin intermediul unui cablu montat n teaca 6. La comanda prin cablu, transmiterea efortului de acionare se face numai prin traciune. Cablul este constituit dintr-un miez flexibil i inextensibil din oel, ce preia sarcina i o mbrcminte de fire nfurate n spiral, alternativ n cele dou sensuri; flexibilitatea este conferit de alunecarea dintre fire. La fiecare extremitate, cablul este solidarizat cu elemente sertizate, pentru asamblare cu pedala de ambreiaj 1 i cu furca de debreiere 5. a) b) Fig. 2.10. Construcia manonului de decuplare: a- cu ghidaj central; b- cu autocentrare 64 Pentru compensarea uzurii garniturilor de friciune, cursa liber necesit un reglaj periodic. Reglarea cursei libere (gard) existent ntre manonul de decuplare i mecanismul de ambreiaj (arc diafragm sau prghiile de decuplare) se realizeaz cu un dispozitiv de tip urub-piuli asigurat cu contrapiuli. Controlul valorii de reglaj este realizat prin mrimea deplasrii furcii sau a pedalei, deoarece manonul de decuplare nu este accesibil. Sistemele moderne de acionare mecanic sunt prevzute cu dispozitive de reglare automate. Construcia unui astfel de dispozitiv, utilizat la autoturismele Renault, este prezentat n figura 2.12. Cablul flexibil 1 este comandat de pedala 2 prin intermediul bieletei 3 i al sectorului dinat 4. n poziie de repaus, cnd ambreiajul este cuplat, pedala de ambreiaj 2 i bieleta 3 apas tamponul limitator 5, fixat pe caroserie astfel c pedala nu se afl n contact cu sectorul dinat 4. Sectorul dinat fiind liber de aciunea pedalei, dar sub aciunea arcului 7, tensioneaz cablul de comand 1, determinnd o apsare constant de apsare a manonului de decuplare asupra diafragmei. La acionare pedala 2 se rotete n jurul axului principal 6. Fazele de funcionare ale mecanismului corespund schemelor din figura 2.13. La nceputul acionrii (fig.2.13b), cnd se apas pedala de ambreiaj, pedala 2 se rotete n jurul axului principal 6, desprinzndu-se din contactul cu tamponul limitator 1. Rotaia liber a pedalei este posibil pn ce extremitatea sa superioar angreneaz cu sectorul dinat 4, moment n care este mpiedicat pivotarea liber n jurul axului 6. La apsarea n continuare asupra pedalei (fig.2.13c), ansamblul cuplat, format din pedala 2- a) b) Fig. 2.11. Comanda ambreiajului a. Comanda mecanic a ambreiajului ; b. Comanda hidraulic a ambreiajului Fig. 2.12. Mecanism cu dispozitiv de reglare automat 65 sectorul dintat 4 - bieleta 3, se rotete n jurul axului principal 6, funcionarea fiind identic celei cu pedal clasic. Revenirea sistemului dup debreiere se face pn cnd pedala vine n contact cu tamponul limitator 5, respectiv se revine n poziia din fig.2.13 a, care corespunde jocului prescris al pedalei i apsrii constante a manonului asupra arcului diafragm. b) Comanda hidraulic a ambreiajului, ca principiu de funcionare i realizare constructiv, este similar comenzii hidraulice a frnelor. n figura 2.11b este prezentat construcia de ansamblu a unei comenzi hidraulice a ambreiajului. Pedala de ambreiaj 8 acioneaz pistonul pompei hidraulice de comand 4; pompa este alimentat cu ulei special furnizat de rezervorul 1. Prin intermediul unei conducte 3 i a unei mufe de racordare 5, fluidul este transmis cilindrului receptor 6, al crui piston acioneaz manonul de decuplare. Pentru aerisirea cilindrului receptor este prevazut ventilul de aerisire 7. Principalul avantaj al sistemului este efectul multiplicator obinut prin adoptarea unui diametru, pentru cilindrul receptor, superior celui al cilindrului pompei de comand. Datorit vibraiilor grupului motopropulsor, cilindrul receptor are o fiabilitate redus. Pentru a atenua acest dezavantaj al sistemului hidraulic precum i pentru a spori durabilitatea rulmentului din manonul de decuplare a fost promovat, n ultimii ani, soluia n care cilindrul receptor este integrat manonului de decuplare. Este suprimat astfel i furca al crui principal inconvenient este cel de transformare a micrii de rotaie (n jurul articulaiei fa de carter) n micare de translaie a manonului de decuplare. n figura 2.14 sunt prezentate dou soluii promovate de firma Sachs. Poziia C, dispus deasupra axei, corespunde strii cuplate a ambreiajului, iar poziia D, dispus sub ax, corespunde strii debreiate a ambreiajului. Distana Sm corespunde cursei manonului pentru decuplarea ambreiajului. a) b) c) Fig. 2.13. Fazele de funcionare ale mecanismului de acionare cu dispozitiv de reglare automat a-poziia neacionat a pedalei; b- nceputul acionarii pedalei; c- poziia apsat a peda