Digitalno upravljani uređaj za ispitivanjenje brizgaljki motora

Autor: Dalibor Vukić
Mentor: Vladimir Matijević
Studijski program: Automatika i sistemi upravljanja vozilima

Cilj projekta je konstruisanje i izrada digitalno upravljanog uređaja za kontrolu ispravnosti brizgaljki benzinskih motora. Uređaj sačinjavaju elektronski deo za uključenje brizgaljki sa odgovarajućom električnom instalacijom i hidraulični deo za ostvarivanje nominalnih pritisaka i protoka ispitne tečnosti.

Benzinski motori, zbog nesavršenosti procesa sagorevanja, produkuju u izduvnim gasovima i komponente štetne po čoveka i okolinu. Štetne komponente čine oko 1% izduvnih gasova. Od toga 70% čini ugljen-monoksid (CO), 20% nesagoreli ugljovodonici (HC) i 10% azotni osidi. Pri teoretski idealnom sagorevanju fosilnih goriva dobija se vodena para (H2O) i ugljen-dioksid, (CO2). Ugljen-dioksid nije štetan po ljudsko zdravlje, ali učestvuje u smeši gasova koji stvaraju efekat „staklene bašte“ i povećava globalno zagrevanje Zemlje.

 Za sagorevanje sa minimalnom količinom otrovnih komponenti u izduvnim gasovima i minimumom produkcije ugljen-dioksida potrebno je ostvariti idealan sastav smeše i smanjiti potrošnju goriva. U tom pogledu presudan uticaj ima ispravan rad brizgaljki.

Uključenje brizgaljki na vozilu najčešće je realizovano tako da je elektromagnet koji otvara ventil brizgaljke jednim krajem vezan na stalni napon instalacije, dok vezu sa masom dobija iz računara. U samom računaru, snažan izlazni tranzistor vezan je na izlazni pin mikrokontrolera, koji tranzistorom upravlja. Pri uključenju brizgaljki, tranzistor iz zakočenja prelazi u triodnu oblast pri čemu se modelira kao veoma mala otpornost (svega nekoliko desetina mOhm), pa je i pad napona na njemu mali.

Upravljanje tranzistorom koje vrši mikrokontroler najčešće je PWM – impulsno širinska modulacija. Prilikom provere ispravnosti brizgaljki na ispitnom stolu, uređaj sa mikroprocesorskim upravljanjem treba da simulira rad brizgaljki na vozilu, pa je najbolje realizovati upravljanje kao i kod motornog računara, preko PWM-a.

Izlazni stepen uređaja realizovan je pomoću MOS tranzistora Q1, kao prekidača pomoću kog se uključuju brizgaljke. Tranzistor BC337 i otpornik R503 služe za drajvovanje MOS tranzistora.

Prilikom ispitivanja ispravnosti brizgaljki nije neophodno simuliranje rada motora u pogledu redosleda uključenja brizgaljki. Ispituje se samo saglasnost izmerenog protoka sa deklarisanim vrednostima u različitim režimima ubrizgavanja. To znači da je u simulaciji dozvoljeno istovremeno uključivanje svih ispitivanih brizgaljki. Ovakvu simulaciju moguće je realizovati pomoću samo jednog PWM izlaza u režimu rada sa jednom kontrolisanom ivicom.
U algoritmu realizovanja zahtevanog PWM signala koriste se dva registra za poređenje. Kada brojač dostigne vrednost koja se nalazi u prvom registru, CCR0, izlaz se postavlja na logičku jedinicu, što odgovara rastućoj ivici PWM signala i brojač se resetuje. Drugi registar, CCR1 treba da sadrži vrednost kojom se određuje pozicija opadajuće ivice PWM signala. Kada se vrednost brojača izjednači sa vrednošću CCR1 na odgovarajući PWM izlaz postavlja se logička nula (opadajuća ivica PWM). U ovom slučaju brojač se ne resetuje, jer  ne bi dostigao vrednost CCR0 i ne bi bilo uključenja izlaza.

Mikrokontroler se nalazi na zajedničkoj štampanoj ploči sa izvodima za displej i tasterima, dok se izlazni stepen za upravljanje brizgaljkama nalazi na ploči za napajanje. Na ploči za napajanje je i priključak za mrežni napon, kao i priključak za brizgaljke. Dve ploče su povezane sa tri provodnika, pri čemu dva provodnika služe za napajanje, a jedan je za upravljački PWM signal iz mikrokontrolera, kojim se uključuje i isključuje izlazni tranzistor.

Po startovanju uređaja, na displeju je prikazan poslednji korišćen režim rada, ako uređaj nije gubio napajanje, ili osnovni režim, ako je uređaj ostao bez napajanja nakon poslednjeg korišćenja. U glavnom meniju moguć je izbor osnovne učestanosti upravljačkog signala, što odgovara broju obrtaja pri radu brizgaljki na motoru. Učestanost je moguće menjati tako da se dobije komplementarni interval broja obrtaja od 100 do 7000 [o/min], sa koracima po 100 [o/min]. Širina impulsa (vreme trajanja ubrizgavanja) menja se u intervalu 0,5 do 30 [ms] sa koracima od 0,5 [ms]. Vreme ispitivanja podešava se brojem ciklusa uključenja, deobom sa polovinom osnovne učestanosti, što daje trajanje ispitivanja [min].
Vrednosti se menjaju za po jedan korak na manje ili više pritiskom na taster „+“ i „-„. Kroz meni se kreće „meni“ tasterom, a izbor potvrđuje „potvrdi“ tasterom. Postoje i tri predefinisana moda koja simuliraju uobičajene režime rada brizgaljki na motoru. Ovi režimi su sledeći:

• Prazan hod
• Veliko opterećenje na srednjem broju obrtaja
• Rad na visokim brojevima obrtaja.

Pod režimom tri podrazumeva se funkcionalnost otvaranja i zatvaranja brizgaljke u kratkim vremenskim intervalima što odgovara visokom broju obrtaja.

Napajanje mikrokontrolera i izlaznog stepena za uključenje brizgaljki izvedeno je tako da ima dovoljnu snagu da napaja i pumpu za gorivo. Za napajanje brizgaljki gorivom usvojena je pumpa za gorivo Jetronic sistema sa nominalnim pritiskom 5 [bar] и протоком 150 [l/h]. Smeštena je u rezervoar sa tečnošću za ispitivanje, koji se nalazi u kućištu uređaja.

Pumpa gumenim crevima sa oplatom isporučuje gorivo do razvodne cevi na kojoj se nalaze izvodi za svaku brizgaljku posebno, kao i izvod za ventil regulisanja pritiska goriva. Za regulisanje pritiska upotrebljen je mali ventil sa zavojnim vretenom, koji obara pritisak ispuštanjem goriva iz instalacije. Neposredno ispred brizgaljki postavljeni su uključno-isključni ventili, kojima se brizgaljke mogu pojedinačno uključivati u ispitivanje.
Priključci za ispitivanje postavljeni su na zajednički nosač, pomerljiv po vertikalnim stubovima. Nosač ima otvore u koje se umeću brizgaljke i pričvršćuju navrtkama.  Gorivo iz brizgaljke tokom ispitivanja se sliva u graduisane menzure od 250 [ml], kojima se ujedno i meri ukupna zapremina goriva koja prođe kroz brizgaljku tokom ispitivanja.

Na laboratorijskim vežbama na predmetu Elektronski sistemi paljenja i ubrizgavanja u okviru studijskog programa Automatika i sistemi upravljanja vozilima prilikom korišćenja uređaja vršena su merenja sastava izduvnih gasova pre i posle  otklanjanja neispravnosti na brizgaljkama.

Na taj način su direktno dovođene u vezu različite neispravnosti u radu brizgaljki sa odstupanjem emisije štetnih komponenti izduvnih gasova od nominalnih vrednosti.