Ca parte a proiectului finanţat de Asociaţia Cercetãtorilor Combustiei Motoarelor (FVV), injecţia diesel la temperaturi scãzute a fost studiatã la Institutul Motoarelor cu Combustie (VKA) al Universitãţii RWTH Aachen.

Motivarea iniţierii acestui proiect este reprezentatã de faptul cã noile generaţii de motoare diesel au tendinţa sã lucreze cu raţe de compresie mai mici. Pentru a studia stabilitatea şi comportamentul la relanti al motoarelor diesel în condiţii de temperaturi scãzute, institutul VKA a efectuat investigaţii optice folosind un vas de combustie precum şi un motor diesel accesibil optic.
1 Introducere

Noile sisteme de combustie prezintã un progres semnificativ în îmbunãtãţirea nivelurilor de gaze de eşapament evacuate. În acest sens, combustia omogenã promite foarte mult. Pentru a genera timpi de întârziere ai aprinderii suficient de mari astfel încât mixtura sã fie cât mai omogenã, sistemele parţial omogene necesitã micşorarea ratelor de compresie. Datoritã temperaturii şi presiunii compresiei mai scãzute , atât evaporarea cât şi aprinderea combustibilului sunt întârziate, în special la temperaturi ambientale foarte scãzute [1, 2, 3, 4]. În consecinţã, comportamentul motoarelor la pornire are de suferit astfel cã emisiile sunt mai ridicate. În Figurã 1, sunt reprezentate curbele de pornire la rece a douã motoare diesel, porniri efectuate la -27 °C. Motoarele pornite au ratele de compresie de 18:1 şi respectiv 16:1. Motorul cu rata de compresie mai mare a atins turaţia de relanti în 7s. În cazul motorului cu rata de compresie de 16:1 datele obţinute diferã substanţial, acesta având nevoie de aproape de douã ori mai mult timp sã se stabilizeze la turaţia de relanti. Mai mult, fluctuaţiile de turaţii au fost mult mai mari la motorul cu rata de compresie 18:1 ceea ce conduce la variaţii mari ale presiunii efective.
2 Metoda de Investigare

Pentru investigarea pornirii la rece, atât vase de presiune cât şi motoare optice diesel mono-cilindru au fost folosite. Camera de presiune este alimentatã continuu cu aer sub presiune, 6Mpa şi ţinutã la o temperaturã de maxim 550°C. Pentru vizualizarea injecţiei şi a procesului de combustie, au fost folosite camere video cu posibilitatea de înregistrare a unui numãr mare de cadre pe secundã în combinaţie cu tehnica Schlieren. Tehnica Schlieren are la baza urmãtoarele principii: lumina paralelã ce trece printr-un mediu de test este umbritã de lichid sau deviatã de densitatea combustibilul sub formã de gaz. Zonele întunecate din imagini pot fi atribuite combustibilului lichid, în timp ce combustibilul pulverizat este indicat de tiparele Schlieren. Motorul mono-cilindru al celor de la VKA are la baza cilindrul unui motor diesel produs în serie cu cilindreea de 1.9l. O construcţie intermediarã între capul cilindrului modificat şi blocul cilindrului faciliteazã operarea unui piston lungit cu capul din sticlã quartz (necesar pentru a putea vizualiza forma şi aprinderea combustibilului pulverizat). Precum este ilustrat în Figurã 2, cu ajutorul unei oglinzi, procesele din camera de combustie pot fi înregistrate de camerã digitalã de mare vitezã.
2.1 Aplicarea Sistemelor de Rãcire
Puterea de rãcire necesarã pentru acest experiment atât în camera de combustie cât şi în motorul mono-cilindru a fost furnizatã de o unitate de rãcire, vezi Nr. 11 în Figurã 3. Mai mult, pentru procesul de rãcire, un dezumidificatoare a fost necesar pentru a colecta apã condensatã. O diagramã schematicã a întregului circuit de rãcire pentru motorul mono-cilindru diesel este reprezentatã în Figurã 3. De la unitatea de rãcire şi recipient, douã circuite, ambele alimentate cu pompe de circulare, furnizeazã bancul de probe cu refrigeratorul necesar (Nr. 2 şi Nr. 7). Un circuit de rãcire furnizeazã refrigerator intercooler-ului (nr. 14), intercooler-ului dispozitivului de încãrcare (Nr. 15) şi dispozitivului precooler (Nr. 16). Celãlalt circuit furnizeazã refrigerant capului cilindrului. De asemenea conectat la acest circuit sunt rezervorul (Nr. 1) şi rampa de combustibil (Nr. 6). Pentru a obţine temperaturã de -20 °C, un al treilea intrecooler a fost poziţionat lângã galeriile de admisie (Nr. 10). Pentru experimentele efectuate la turaţii scãzute ale motorului, a fost instalatã o transmisie planetarã (Nr.12). Pentru experimentele startului la rece folosind vasul de combustie, adaptorul, rampa de injecţie precum şi rezervorul au fost conectate la unitatea de rãcire. Refrigeratorul a fost furnizat de cãtre pomele de circulare.

2.2 Aplicarea Bujiilor Incandescente

Pentru acest experiment, bujii incandescente de oţel au fost folosite, produse de Beru, ceea ce a fãcut posibil mãsurarea temperaturii de incandescenţã în timpul testului. În timpul investigaţiilor, aceste temperaturi ale bujiilor incandescente s-au dovedit a fi esenţiale, din moment ce transferul de cãldurã a fost afectat de varierea condiţiilor de curgere a aerului, iar voltajul bujiilor incandescente a trebuit sã fie ajustat pentru a compensa acest efect.
Figura 4 aratã curbele voltajului dar şi ale curentului şi temperaturii bujiilor incandescente cu termocupla (Ni-Cr-Ni) tip K integratã pe o perioadã de 30s. Mai întâi, sistemul de start a furnizat un voltaj de 11V. Dupã 1.9s, bujia quick-start [5] a atins temperatura maximã de 1100°C la suprafaţã. Dupã aceste 1.9s, voltajul a fost redus la 4.4V. Temperatura de suprafaţã la nivelul maxim a bujiei incandescente nu este constantã. Temperatura maximã reprezintã un punct fierbinte a cãrui temperaturã este mai mare decât a suprafeţei învecinate a bujiei. În afarã de mãsurãtorile efectuate cu bujia incandescenţã de oţel, investigaţii au mai fost fãcute folosind o bujie incandescenta ceramicã. Însã, folosind voltajul nominal temperatura nominalã necesarã nu a fost atinsã. Astfel, rezultatele investigãrii folosind acest tip de bujie incandescenţa nu au fost luate în considerare.

Continuarea in nr. 9 al revistei AutoTehnica

Fuziunea senzorilor, tehnica combinãrii sistemelor radar cu cele optice folosind procedee de fuzionare a datelor.

Când vine vorba de siguranţã autovehiculelor, sunt puţine idei la fel de atrãgãtoare ca maşina ce poate evita un accident singurã. Cu toate cã Adaptive Cruise Control (ACC) existã de ceva vreme, de abia cum cei de la Delphi au decis sã facã urmãtorul pas în detectarea accidentelor. Disponibile pe vehicule ce include Volvo S80 şi Ford Mondeo, aceste sisteme de atenuare a impactului atenţioneazã şoferul asupra riscului unui accident iar dacã acesta este inevitabil, vor “tensiona” frânele automat pentru o activare rapidã astfel diminuând efectele.

A doua generaţie de astfel de sisteme a fost lansatã în 2007 şi sunt disponibile pe Volvo S80, V70 şi XC70. Acest nou sistem atenţioneazã dar de asemenea poate acţiona independent frânele pentru a reduce viteza de impact în cazul în care coliziunea este inevitabilã. Sistemul utilizeazã o combinaţie de senzori radar şi optici.
Atât sistemele Volvo cât şi cele Ford au fost dezvoltate de Delphi. Aceste sisteme reprezintã doar începutul revoluţionãrii siguranţei active, revoluţionare ce se aşteaptã sã creascã exponenţial în urmãtorii ani. Datoritã faptului cã sistemele de siguranţã activa devin din ce în ce mai robuste şi mai inteligente, ele vor juca un rol tot mai importantã în ajutarea şoferilor sã evite accidentele. ªi, unul din elementele cheie ale acestei schimbãri majore îl reprezintã fuziunea senzorilor; literalmente, fuziunea şi analiza datelor obţinute de la senzori de mai multe tipuri.

Fuziunea datelor

Senzorii radar continuã sã serveascã industria bine; însã, inabilitatea lor de a clasifica un obiect limiteazã ceea ce siguranţa activã poate face. Pentru a atinge performanţe optime ale sistemelor de atenuare a impactului, senzorii radar trebuie sã lucreze în colaborare cu alţi senzori de percepţie. Atunci când sunt fuzionaţi cu sisteme optice (camere de înaltã rezoluţie, module de procesare a imaginilor şi algoritmi complicaţi), rezultatele sunt remarcabile. si, datoritã intrãrii în producţia de masã a camerelor de înaltã rezoluţie, costurile acestor sisteme devin din ce în ce mai accesibile pentru aplicaţiile în industria automotive. Privind în viitor, ne putem aştepta ca şi datele de la ESC (controlul electronic al stabilitãţii) şi GPS (sistemul de poziţionare globalã) sã fie integrate. ESC adãuga date despre dinamica autovehiculului în ecuaţie, în timp ce GPS permite prezentarea datelor despre locaţia pe hartã, ca cea a unui vehicul ce se apropie de o curbã sau un pod.
Atunci când sunt combinate cu informaţii despre controlul stabilitãţii, sistemul are o imagine mai detaliatã despre dinamica autovehiculului şi cum aceastã se poate schimba pe parcursul a câteva secunde – chiar milisecunde. si, combinaţia datelor furnizate de ESC şi GPS vor îmbunãtãţi capacitatea sistemului de siguranţã de a decide precis ce acţiune este necesarã.

Generaţia viitoare de senzori radar

Cel mai nou sistem de siguranţã de la Delphi foloseşte un Electronically Scanned Radar (Radar Electronic de Scanare) sau ESR ca un prim senzor de detectare al obstacolelor. În timp ce tehnicile de scanare electronicã au fost folosite de armatã de ceva vreme, pânã de curând, au fost prea scumpe pentru folosirea în industria automotive.

Scanarea electronicã este posibilã folosind un proces numit recepţie de unde digitale (RDBF). În acest proces, un semnal de înaltã frecvenţã modulat este folosit în combinaţie cu o antenã pentru a oferi abilitatea modelãrii modelului undelor radar pentru a scana sau pentru a se concentra pe un punct de interes. Mai mult, ESR-ul celor de la Delphi foloseşte un transmiţãtor/receptor doppler (STAR PD), oferind în timp real mãsurãtori. Antena RDBF, cuplatã cu receptorul STAR PD oferã identificare independentã, raza de scanare şi unghi pentru performanţe optime în scenarii cu obiecte dense.
Nou sistem oferã de asemenea acoperire simultanã atât pe raza de acţiune mare (200m) cât şi pe cea medie (60m). Raza de acţiune medie oferã un câmp vizual cu o vedere perifericã foarte bune, fãcând idealã folosirea acesteia în curbe. Acest beneficiu se poate traduce prin scãderea numãrului de senzori necesari, acelaşi unghi de scanare putând fi obţinut acum cu mai puţini senzori tocmai datoria acestei creşteri în lãţime a razei de acţiune a fiecãrui senzor.

Fuziunea senzorilor radar şi optici

Pentru a îmbunãtãţi şi mai mult funcţionarea sistemelor de siguranţã activã, Delphi foloseşte un semi-conducator metal-oxid şi o camerã cu razã mare de acţiune (CMOS HDR) în combinaţie cu radarul.
Fuzionând un sistem optic cu unul radar se adaugã capacitatea clasificãrii obiectelor. Cu o razã dinamicã de pânã la 120dB, capacitatea camerei CMOS HDR este mult mai mare decât a uneia standard, în jurul valorii de 60dB. Ca rezultat, funcţioneazã fãrã probleme atât în condiţii de luminozitate puternicã cât şi de întuneric, dar de asemenea face tranziţia de la una la cealaltã foarte rapid, ceea ce este foarte folositor în situaţii clasice pe autostradã, atunci când se intrã sau se iese dintr-un tunel. De asemenea are un câmp vizual lãrgit, 50° orizontal şi 35° vertical. Milioane de astfel de camere sunt produse în fiecare an pentru aparate ca telefoanele celulare, astfel cã oferta este foarte bogatã. Însã, camera, ca şi radarul, trebuie sã opereze eficient în condiţii meteorologice departe de ideale. Din cerinţe putem extrage: durata de viaţã de 10-15 ani, operarea normalã la temperaturi de -40°C şi +85°C.

Continuarea in nr. 9 al revistei AutoTehnica

Delphi va produce în serie primul sistem de injecţie diesel ce foloseşte revolutionarele injectoare cu acţionare directã piezo.

O nouã generaţie de injectoare diesel vor ajuta producãtorii de automobile sã se alinieze standardelor Euro 6 dar în acelaşi timp vor îmbunãtãţi cuplul, puterea şi consumul motoarelor diesel.

Paris, Franţa.-Delphi Corp. (Pinksheets: DPHIQ) lanseazã urmãtoarea generaţie de injectoare diesel – sistemul Common Rail cu Acţionare Directã Delphi. Aceastã lansare a fost posibilã datoritã celor cinci ani de dezvoltare a proiectului, cinci ani în care compania americanã a lucrat în strânsã colaborare cu clienţii sãi producãtori pentru cã scopul final de reducere al emisiilor sã fie îndeplinit. Acest nou sistem intrã în producţie (2 Sept. 2008) urmând sã fie disponibil şi pentru maşinile europene undeva la sfârşitul acestui an.
“Sunt foarte încântat şi mândru astãzi pentru cã Delphi aduce un produs nou, nu un concept, pe piaţa cu mult înaintea competitorilor” a spus Jose Avila, General Manager al Delphi Diesel Systems.

“Clienţii vor putea sã testeze acest sistem pe un vehicul înainte de sfârşitul acestui an” a mai adãugat Avila.
Diferenţã majorã a acestui sistem este faptul cã acul injectorului este pus în mişcare direct de actuatorul ceramic piezo, spre deosebire de sistemele clasice în care acul este mişcat lichidul din circuitul electrohidraulic. Acest lucru permite injectorului sã injecteze combustibil în camera de combustie mult mai rapid şi cu un moment al spray-ului îmbunãtãţit. În acelaşi timp închiderea şi deschiderea supapei acului se face foarte repede independent de presiunea de injectare. Rezultatul este o combustie îmbunãtãţitã ce reduce substanţial emisiile, crescând în acelaşi timp cuplul şi puterea.

“Ca rãspuns la preţurile combustibililor în creştere şi a îngrijorãrii generale asupra încãlzirii globale, clienţii noştri accelereazã introducerea tehnologiilor ce reduc consumul de combustibil şi emisiile de poluanţi” a spus Avila.

Una din provocãrile pentru motoarelor diesel este reducerea emisiilor de Oxizi de Nitrogen (NOx). Atunci când normele Euro 6 vor fi introduse în 2014, limitele NOx vor trebui reduse la o treime [1] şi particulele de materie la o cincime [2] comparativ cu normele Euro 4. În America de Nord, provocare este şi mai mare deoarece normele Tier II, deja în vigoare, impun emisii de 43mg/km comparativ cu 250mg/km pentru Euro 4 şi 80mg/km pentru Euro 6 (cu toate cã aceste valori nu pot fi direct comparate deoarece determinarea acestor valori se face diferit).O provocare în plus o reprezintã dezbaterile curente referitoare la reducerea emisiilor de CO2 pentru a ameliora încãlzirea globalã. Ţintele pentru emisiile CO2 sunt astãzi discutate (UE a propus un nivel de 120g/km pânã în 2012) în timp ce clienţii iau din ce în ce mai mult în considerare consumul şi aceste emisii în momentul achiziţionãrii unui nou autovehicul.

“Din pãcate existã un neajuns, reducând NOx fie prin mãsuri aplicate motorului fie prin catalizatoare, creştem emisiile de CO2” a spus Avila. “Aceste provocãri au împins compania Delphi sã dezvolte o serie de noi tehnologii, inclusiv Direct Acting Diesel Common Rail.”

Tehnologia actualã a injectoarelor:

Pânã acum, injectorul putea fi catalogat fie “solenoid” fie “piezo”. “În ambele cazuri, acul injectorului este mişcat via circuitului hidraulic controlat de o supapã ce este pusã în mişcare de un actuator – fie un “solenoid” sau un dispozitiv “piezo”. Conceput este denumit “acţionare servo”.
Familia cu acţionare servo poate fi împãrţitã ulterior în douã categorii, ce fac referire la presiunea aplicatã ambelor laturi ale supapei: o categorie “echilibratã” şi cealaltã “dezechilibratã”.

Astfel, injectoarele existente pânã în prezent erau:
- Cu supapa dezechilibratã servo-solenoid (primul tip de Common Rail introdus pe piaţã)
- Cu supapa echilibratã servo-solenoid (producţie Delphi)
- Cu supapa dezechilibratã servo-piezo

Dupã cum se poate observa, un injector cu supapa echilibratã servo-piezo nu existã în producţie la ora actualã.

Energia electricã necesarã pentru a mişca o supapã echilibratã este mult mai micã decât cea necesarã o supapã dezechilibratã. Astfel, supapa echilibratã poate fi operatã de un actuator mai mic ce are nevoie de doar 12 V (voltajul bateriei) şi poate fi asamblat în corpul injectorului foarte aproape de vârful acului. Acest lucru, la rândul lui, permite instalarea unui circuit hidraulic mai mic şi deci mase în mişcare mai mici, astfel viteza acului în design-ul cu vâlvã echilibratã servo-solenoid este aceiaşi cu cea al modelului cu vâlvã dezechilibratã servo-piezo. În acest caz doar preţul ar trebui sã facã diferenţa între aceste douã tipuri de injectoare.

Injectorul cu Acţionare Directã:
Noul Common Rail cu Acţionare Directã de la Delphi prezintã o îmbunãtãţire radicalã în tehnologia injectoarelor diesel fiind pentru prima datã când acul injectorului este acţionat direct de piesa piezo, eliminând astfel circuitul hidraulic şi întârzierea asociatã acestuia.
Acest sistem foloseşte un concept patentat de Acţionare Directã, unde actuatorul piezo ceramic opereazã direct supapa acului pentru ridicarea iniţialã, iar un amplificator hidraulic este folosit pentru ridicarea completã a acului în cazul cantitãţilor de combustibil mai mari injectate.
Conceptul eliminã circuitul servo-hidraulic folosit de alte injectoare common rail în prezent. Acest lucru permite injectorului sã pulverizeze motorinã în camera de combustie mult mai repede, cu o precizie mai mare şi la o presiune mai mare (pânã la 2000 bari), crescând astfel şi eficienţa faţã de injectoarele folosite pânã în prezent.

Injectoarele piezo folosesc material piezoelectric pentru a produce mişcarea atunci când sunt excitate de un voltaj electric. Ca timp, sunt necesare mai puţin de 100 de milisecunde pentru a deschide şi închide supapa, pulverizând astfel combustibil sub presiune în motor, permiţând şapte (sau chiar mai multe) injecţii pe ciclu. Circuitul hidraulic al celor de la Delphi foloseşte la maxim caracteristicile actuatorilor piezo ceramici: Forţa mare şi viteza într-un spaţiu restrâns. “Acest lucru oferã un avantaj cu ridicarea presiunii sistemului cu 200 de bari. Cu alte cuvinte, cei 2000 de bari ai injectorului Piezo cu Acţionare Directã sunt echivalenţi ca performanţe cu 2200 de bari într-un injector servo” a spus directorul Delphi Diesel Systems Dr. Detlev Schoeppe. Principiul radical de operare al noului injector este de asemeni lipsit de scurgeri, astfel cã pe partea de retur nu se va întoarce combustibil sub presiune, economisind pânã la un kilowatt.

Continuarea in nr. 9 al revistei AutoTehnica

În cele ce urmeazã vã voi prezenta o alternativã la metoda clasicã de diagnosicare a ABS-ului, şi anume testerul. Aceastã metodã, mai puţin obişnuitã nu este încurajatã de producãtorii de automobile, însã s-a dovedit de multe ori cã funcţioneazã.

Ce sunt “codurile de eroare ABS”?

Codurile de eroare sunt probleme recunoscute sau senzori defecţi ai calculatorului ABS, denumit ECU. ECU-ul ABS-ului se bazeazã pe senzori pentru a se asigura cã niciodatã roţile nu se vor bloca în cazul unei frânari, prevenind astfel alunecarea necontrolatã. Atunci când un senzor se defecteazã sau este o eroare în sistem, ECU-ul ABS-ului detecteazã acea problemã şi înregistreazã codul erorii în memorie (NOTÃ: nu toate problemele sunt înregistrate, depinde de ce sistem are maşina). De obicei, indicatorul luminos din bord ABS se aprinde atenţionând asupra apariţiei unei probleme.

Toate ECU-urile înregistreazã erorile ?

Nu putem spune cã toate ECU-urile ABS, folosite de Opel de exemplu, au capacitatea de a înregistra erorile apãrute. În mod normal, numai autovehiculele echipate cu motoare pe injecţie au ABS din moment ce tehnologia nu prea era folositã atunci când carburatorul era “la putere”. Însã, ABS-ul este independent de motor, deci este posibil din punct de vedere tehnic ca un calculator ABS sã fie prezent pe orice tip de motor.

Cum ştiu dacã existã o problemã la ABS?

Atunci când se porneşte maşina, toate calculatoarele de pe aceasta fac o verificarea de rutinã scurtã. Indicatoarele din bord se aprind pentru câteva secunde şi apoi se sting. Dacã toate aceste indicatoare se sting atunci toţi senzorii de pe maşinã citesc cã nu existã erori. Însã, dacã becul ABS rãmâne aprins, atunci ECU-ul ABS-ului a detectat o eroare. De asemenea, în timpul unei cãlãtorii, lampã ABS nu trebuie sã se aprindã niciodatã, dacã se aprinde atunci o eroare a fost detectatã. Cum am spus mai sus, aceste erori rãmân înregistrate în ECU, deci pot fi citite ulterior.

Cum se citesc erorile?

Sunt douã metode cunoscute. Primã este folosirea unui calculator conectat la ECU-ul maşinii, acest lucru fãcându-se într-un service specializat, contra cost, bineînţeles. A doua opţiune, este gratis şi poate fi fãcutã de oricine … cu o agrafã. Metoda “agrafei” face cã indicatorul luminos ABS din bord sã clipeascã, iar detectarea erorii sã se facã în funcţie de numãrul de aprinderi ale acestui indicator. Tabelul din acest articol vã va indica codurile erorilor. Agrafa este folositã pentru a scurtcircuita doi pini ai mufei ALDL (cunoscutã de asemenea sub numele de “mufa de diagnosticare” sau “mufa de test”). Aceastã mufã este de obicei albastrã şi poate fi localizatã în compartimentul motor. În unele modele mai noi (ex. Motoarele Eco-tec) aceastã mufã se poate gãsi în interiorul cabinei.

Continuarea in nr. 9 al revistei AutoTehnica