Tehnici Tradiţionale de Încărcare

Cerinţa de “curent”a autovehiculelor moderne asupra sistemului de încărcare este considerabilă – şi în continuă creştere. Pe lângă alimentarea acestor consumatori în orice condiţii, sistemul de încărcare trebuie să să încarce rapid şi bateria.

Sistemele electrice de 42V par să fie luate în vizor de producători de ceva vreme, însă, între timp, sistemele existente de 14V au fost adaptate pentru a putea putea furniza necesarul de curent al autovehiculului modern.

Componenta principală a sistemului de încărcare este alternatorul, şi pentru majoritatea vehiculelor este singurul care produce curent cu scopul de a alimenta consumatorii şi de a încărca bateria. Alternatorul generează curent alternativ AC dar trebuie să furnizeze curent continuu DC la bornele de ieşire, deoarece numai curentul continuu poate fi folosit pentru a încărca bateria şi a alimenta consumatorii.

În mod normal, valoare de ieşire la bornele alternatorului este adaptată la o tensiune constantă indiferent de turaţia motorului şi de necesarul de curent în acel moment – acest lucru este pe cale să se schimbe.

Principiile de bază ale funcţionării

Un generator, sau un alternator, converteşte energia mecanică a motorului în energie electrică. Principiul de bază al alternatorului constă în rotirea unui magnet (rotor) în interiorul unei înfăşurări de fire (statorul). Inducţia electromagnetică cauzată de rotirea magnetului produce o forţă electromotoare în înfăşurarea statorului.

Pentru ca energia furnizată de alternator să încarce bateria şi să alimenteze consumatorii, trebuie convertită din curent alternativ în curent continuu. Componenta cea mai potrivită acestei sarcini este dioda. Pentru a converti în totalitate curentul furnizat de un alternator trifazat, şase diode sunt necesare. Acestea alcătuiesc puntea redresoare de diode. Multe punţi au în prezent încă două diode în plus pentru a capta extra energia din conexiunea centrală a statorului.

Un regulator de tensiune (releu regulator), ce controlează curentul rotorului şi astfel puterea câmpului magnetic, este folosit pentru ca tensiunea produsă de alternator în timpul schimbării regimului de lucru al motorului şi necesitaţilor consumatorilor sa fie constantă.

Producătorii lucrează pentru a produce alternatoare şi mai eficiente. Performanţele şi eficienţa crescute ale alternatorului modern sunt posibile datorită înfăşurării foarte dense a firelor de cupru pe stator. Pentru a face acest lucru, firele sunt mai întâi înfăşurate pe un stator plat, iar apoi acest stator este curbat în formă rotundă cunoscută (vezi Figura 2).

Ca alt răspuns al cererii din ce în ce mai mare pentru necesitatea de curent a vehiculului modern, Bosch a dezvoltat un alternator răcit cu lichid (Figura 3). Funcţionează extrem de silenţios datorită lipsei ventilatorului şi a încapsulării complete; mai mult sau mai puţin, temperatura mai joasă de funcţionare a acestuia asigură o durată de viaţă mai lungă. Această variantă a alternatorului are şi avantajul de a reduce timpul de încălzire al motorului, deoarece la pornire transferă căldura generată de el însuşi lichidului de răcire. Acest lucru se întâmplă deoarece, după un start la rece, alternatorul va funcţiona din greu pentru a încărca bateria şi astfel va produce multă căldură.

Reglare tensiunii de ieşire în buclă închisă

Pentru ca bateria să nu se supraîncarce, tensiunea din sistem trebuie să fie sub tensiunea de  formare de gaz în bateria de plumb cu acid. O valoare de 14.2±0.2V este în general folosită pentru toate sistemele de încărcare de 12V (nominal). Controlul cât mai precis al tensiunii este foarte important, şi devine din ce în ce mai important o dată cu creşterea numărului de consumatori electrici. Acest control a permis de asemenea şi folosirea la scară largă a bateriilor “închise”, deoarece şansele de supraîncărcare sunt minime.

În mod normal, temperatura plăcii de montare a regulatorului este folosită ca referinţă pentru a estima temperatura bateriei. Acest lucru este posibil deoarece rata ideală maximă de încărcare a bateriei variază o dată cu temperatura. Mai mult, dacă regulatorul de tensiune simte o modificare majoră a acesteia, se foloseşte o funcţie pentru a reveni rapid la tensiunea nominală de încărcare. În mod normal, acestă funcţie este integrată în releul regulator.

Concluzii

O gamă variată de controlere al tensiunii de ieşire a alternatoarelor au fost folosite în trecut. Senzori ai alternatoarelor au citit tensiunea de ieşire, iar senzori ai bateriilor au citit tensiunea efectivă la bornele acestora. Unele alternatoare au regulatoare de tensiune integrate, la altele au fost montate extern. Însă, toate au folosit aceiaşi metodă de control al tensiunii. Acesta metodă a buclei închise (regulatorul de tensiune “citeşte” tensiunea de ieşire a alternatorului şi creşte puterea câmpului electric al rotorului dacă tensiunea de ieşire este mică, sau scade puterea câmpului electric al rotorului dacă tensiunea este pre mare) a funcţionat foarte bine – până acum.

Tehnici inteligente de încărcare

Până acum am văzut care este metoda clasică de încărcare a bateriei. Mai departe vom analiza în detaliu metoda buclei deschise. Mai nou, pe lângă termenii consacraţi precum tensiunea la bornele de ieşire ale alternatorului producătorii folosesc termeni de genul distribuţia electrică a curentului şi distribuţia mecanică a puterii. Ce înseamnă acest lucru, şi de ce aceste metode definesc încărcare inteligentă vedem în rândurile ce urmează.

Controlul în bucla deschisă

Principiul încărcării în buclă deschisă constă în faptul că regulatorul de tensiune al alternatorului şi modulul de control electronic al motorului (PCM) comunică. Acest lucru permite apariţia unor noi caracteristici de care beneficiază bateria şi au efect asupra următoarelor procese:

-          Reducerea timpilor de încărcare;

-          Creşterea stabilităţii bateriei la relanti;

-          Creşterea performanţelor motorului;

-          Creşterea fiabilităţii alternatorului;

-          Control mai bun al sarcinii electrice;

-          Îmbunătăţirea funcţiilor de diagnoză;

Continuarea in nr. 3/2010 al revistei AutoTehnica

Această serie de articole a fost concepută să pună în practică mai toate cunoştinţele dumneavoastră despre autovehiculul modern. Fiecare articol discută despre anumite simptome şi procedeul logic de găsire a defectului în funcţie de acestea.

Aşa cum am mai spus, vom discuta despre defecte şi efectele lor asupra sistemelor de management al motorului, ABS, multiplex/CAN Databus, etc.

Vă puteţi da seama care este defectul?

Până acum am descris o serie de caracteristici şi simptome asociate unei probleme întâlnite.  Am încheiat articolul de luna trecută prin a vă arăta forma de undă a unui injector ce funcţionează în parametrii şi ceea ce am găsit pe maşina diagnosticată, mai exact, injectorul 6 avea forma de undă precum este arătat în Figură 3.

Aşadar, care este?

Rezultatele testării emisiilor au sugerat o problemă a alimentării cu carburant. Se pare că fie avem un grup de cilindri cu amestec mai bogat, fie unul cu amestec mai sărac. Forma de undă a injectorului din cilindrul 6 este evident diferită faţă de restul, mai exact, partea de sus a undei fiind “tăiată”.

Un injector este efectiv un solenoid, un dispozitiv alcătuit dintr-o bobină conectată la o sursă de curent şi un întrerupător (în acest caz ECU-ul) la împământare. Înăuntrul bobinii este o armătură, în acest caz un ac, ce se poate mişca pentru a acoperi sau lasă liberă scurgerea combustibilului prin orificiul de injecţie.

Injectorul este activat atunci când circuitul cu împământarea este închis prin ECU, rezultând un câmp electromagnetic produs de bobină ce face ca acul să se mişte.

Osciloscopul este conectat între împământarea injectorului şi masă – în paralel cu circuitul. Privind prima formă de undă (cu un vârf ce se ridică), linia orizontală afişează tensiunea furnizată continuu la şi prin bobină atunci când contactul este pus. Atunci când injectorul este activat (la masă) de către ECU, tensiunea în punctul de test scade până aproape de zero, şi rămâne aşa până când ECU-ul decide să dezactiveze injectorul, întrerupând curgerea carburantului. În acest punct, acul se mişcă pentru a închide orificiul de curgere al carburantului, datorită dispariţiei câmpului magnetic, generând o tensiune indusă mai mare decât cea furnizată iniţial (vârful).

Fără îndoială că, atunci când acea parte a formei de undă ce reprezintă creşterea tensiunii lipseşte, acul nu se mişcă, deci avem un injector blocat. Exact aşa cum arată în figură ce reprezintă injectorul 6.

Concluzia

Forma de undă, împreună cu amestecul aparent mai bogat al colectorului în care evacuează cilindrul 6, ar trebui să sugereze că injectorul s-a blocat în poziţia de deschis. Este dificil să spunem cât de deschis este şi probabil irelevant, deoarece următorul pas este schimbarea acestuia.

Următorul test ar fi să verificăm presiune combustibilului folosind un aparat de măsură adecvat. Cu manometrul montat pe partea de înaltă presiune (înainte de regulatorul de presiune) este posibil să se observe că presiune combustibilului scade rapid după oprirea motorului, din moment ce combustibilul curge prin injectorul rămas deschis. Va fi necesar să obturăm alimentarea după manometru, prin închidere robinetului, dar înainte de regulatorul de presiune, pentru a elimina supapa regulatoare atunci când scăderea în presiune este descoperită.

Amestecul bogat al acestui cilindru este vinovat pentru lipsa puterii, cu excepţia accelerării puternice (când mai mult combustibil este necesar oricum) şi pentru funcţionarea neregulată. Consumul de combustibil are bineînţeles de suferit şi, mai mult combustibil va face catalizatorul să lucreze mai mult, încălzindu-se mai tare şi degajând un miros neplăcut. Amestecul bogat este suficient pentru a cauza lipsa puterii şi în consecinţă scăderea nivelului de relanti. Valva de control relanti trebuie să compenseze deschizând uşor bypass-ul, producând un şuierat.

Codul de eroare generat pentru amestecul bogat al colectorului 1 este evident (injector 6 deschis) dar, codul de eroare pentru amestec sărac al colectorului 2 este cauzat de faptul că sistemul de management al motorului reduce combustibilul pentru toate cele 6 injectoare, şi astfel, in gazele din colectorul unde injectoarele funcţionează normal există un surplus de oxigen, deci un  deficit de carburant în cilindrii. Atunci când ECU-ul a atins pragul minim de ajustare al cantităţii de carburant, şi, cu toate acestea informaţiile primite de la senzori indică faptul că tot nu este de ajuns (în continuarea amestec prea bogat), generează un cod de eroare şi aprinde indicatorul luminos MIL. Aceasta este o setare de bază atunci când toţi cei 6 cilindrii au aceiaşi durata a injecţiei fără influenţă de la senzorii de oxigen. Cilindrul cu injectorul deschis permanent va arde şi mai bogat (relativ), cauzând o “pulsare” şi mai accentuat a gazelor de eşapament (toţi ceilalţi cilindrii funcţionează cu amestec acum sărac, deci un anumit nivel al exploziei destul de scăzut, pe când cilindrul 6 funcţionează în continuare cu un amestec bogat, deci un nivel al exploziei ridicat, simţindu-se clar când acesta detonează). Atunci când codurile de eroare sunt şterse ECU-ul revine la setările normale de funcţionare a motorului, dar, în scurt timp detectează amestecul bogat şi o ia de la capăt încercând să îl corecteze.

Ce ziceţi de acest caz?

Următoare problemă este mult mai simplă de explicat dar poate fi la fel de greu de remediat (datorită dificultăţilor întâmpinate în găsirea cauzei). Acest vehicul a ajuns în service-ul dumneavoastră după ce a umblat prin multe alte service-uri, fără sorţ de izbândă în rectificarea defectului. Astfel, există posibilitatea să se fi înlocuit componente, să se fi mutat sau ajustat în încercarea eşuată de a găsi defectul.

Vehiculul în vârstă de 10 ani funcţiona în normal până când “a murit şi efectiv nu a mai vrut să pornească”, conform spuselor proprietarului.

Maşina este echipată cu injecţie electronică Motronic, control al relantiului şi catalizator.  Se pare că scânteia la toţi cei patru cilindrii este puternică, iar combustibilul ajunge de asemenea în cilindrii, putând fi mirosit şi la eşapament, însă nu excesiv. Câteodată vehiculul pare să pornească, dând scânteie numai o dată şi apoi oprindu-se ca şi când ar fi un blocaj hidraulic. Câteodată pompa de combustibil funcţionează pe durate scurte de timp, însă nu foarte des. Vehiculul nu prezintă coduri de eroare.

Continuarea in nr. 3/2010 al revistei AutoTehnica