Inleiding Motormanagment 7BSO Autotechnieken Module Motormanagement
Het motormanagmentsysteem • MOTRONIC genoemd • gebaseerd op digitale electronica: ‘0’ en ‘1’ • heden nieuwe eisen aan wagens: – groot vermogen, – gering brandstofverbruik en – minimum aan schadelijke uitstootgassen
• MOTRONIC-systeem realiseert deze ‘tegenstrijdige’ eisen
Inleiding (2) • hedendaagse technologie van digitale electronica en geavanceerde, supersnelle microprocessor-technologie maakt de realisatie van deze 3 belangrijke eisen mogelijk • injectie en ontstekingsregeling in 1 regeleenheid!! • aan de hand van kenvelden in ROM geheugen
Belangrijkste aansturingen • • • •
Inspuiting Ontsteking = beide actuatoren genoemd Sensoren worden gemeenschappelijk gebruikt en verwerkt door MOTRONIC • Op basis hiervan wordt de INSPUITING en ONTSTEKING geregeld/berekend.
Evolutie vermogen • Moderne koppel- en vermogencurves overschrijden de carburatiemodellen • Injectiesysteem: 10% vermogenswinst ten opzichte van carburatiesystemen
Koppelcurve moderne Audi 1.6 FSI motor
Evolutie verbruik/rendement • Optimale mengselsamenstelling: 14kg lucht op 1kg benzine. • Lambda(λ)-waarde: – Lambda(λ) = Werkelijk toegevoegde luchtmassa(kg) Theoretisch benodigde luchtmassa(kg) – Lambda 1 -> correct mengsel voor optimale prestatie/verbuik verhouding
Evolutie emissies/uitlaatgas
Inleiding • verbranding van ottomotoren is nooit ideaal • industrie tracht wagens zo zuinig en proper mogelijk te maken = – minimaliseren van SCHADELIJKE UITSTOOTGASSEN en VERBRUIK
EURO emissie standaarden • De EURO-III eisen zijn milieumaatregelen, waarbij de uitstoot per kilometer aan banden wordt gelegd. Hieronder een overzicht van de EURO invoeringen: • 1992 EURO-I • 1996 EURO-II • 2000 EURO-III+ EOBD-benzine • 2003 EURO-III+ EOBD-diesel/autoga • 2005 EURO-IV:roet en NOx • 2008 EURO-V
emissie-waarden
Controle uitlaatgassen op de werkplaats • mengsel van lucht en benzine volgens de stoichiometrische mengselverhouding • ideaal: enkel CO2 en H20 • Realiteit is nooit ideaal: schadelijke uitstootproducten
Soorten uitlaatgassen • • • • • •
Koolstofmonoxide (CO) Koolstofdioxide (CO2) onverbrande koolwaterstoffen/benzine(CH) Stikstofoxiden (NOx) Zuurstof (O2) ...
Koolstofmonoxide (CO) • Koolstofmonoxide(CO) is een reuk- en kleurloos gas. • CO ontstaat bij een onvolledige verbranding van een rijk mengsel door een gebrek aan zuurstof. • Bij inademen van CO ontstaat een zuurstoftekort in de rode bloedlichaampjes. • Het CO-gehalte in de uitlaatgassen wordt aangegeven in volumeprocenten(vol %). • Voor injectiemotoren zonder katalysator zijn waarden van 0,5 tot 2,5 vol% CO gebruikelijk. • Voor motoren met geregelde driewegkatalysator zijn waarden van 0,2 tot 0,5 vol% CO in de praktijk gangbaar.
Koolwaterstoffen (HC) • Koolwaterstof is de brandstof. Door de bedwelmende werking van HC kunnen irritaties ontstaan aan de ogen, neus en slijmvliezen . • Sommige zijn kankerverwekkend (bv. Benzeen) • Bij een goed mengsel en motorconditie is deze waarde zeer laag.
Stikstofoxiden (NOx) • Door de hoge verbrandingstemperaturen in de hoge compressie ontstaat stikstofoxide. • De vorming van NOx is zeer afhankelijk van de belasting van de motor. NOx is medeverantwoordelijk voor de vorming van zure regen.
Koolstofdioxide (CO2) • Elke mens en dier produceert CO2. We kennen koolstofdioxide ook als belletjes in een glas frisdrank of bier. Nadeel is dat koolstofdioxide bijdraagt aan het broeikaseffect. • Hoe meer CO2 tijdens een verbranding ontstaat des te beter de kwaliteit van de verbranding • Denkvraagje: Waarom is het CO2 gehalte na de katalysator hoger dan voor de katalysator?
Zuurstof (O2) • Zuurstof is een vereiste voor een verbranding. Zuurstof is natuurlijk niet giftig en de lucht bevat hier ongeveer 20% van. • Bij een goed mengsel en motorconditie is deze waarde zeer laag. Is deze waarde hoog, kan dit duiden op: – – – –
valse lucht lekke uitlaat kapotte vacuümslangetjes etc.
Gevolg van opwarming van de Aarde
Schadelijke uitstoot (1)
Schadelijke uitstoot (2)
Lambda-waarde (λ) • Dit is een getal, dat zo dicht mogelijk tegen de 1 aan dient te liggen, wat aangeeft dat de juiste verhouding brandstof/lucht is gebruikt. Voor de brandstof benzine betekent het getal 1:14,7 14,7 kg lucht op 1kg benzine. • Dit proces speelt zich dus af in de motor. Hieronder zie je het verband tussen het lambdagetal en het ontstaan van de gevaarlijke stoffen.
Closed-loop systeem aan de hand van Lambda-sonde • lambda-sonde geeft feed-back over mengsel (arm/rijk) • regelkring • uit kenveld maar met lambda-correctie • als motor op bedrijfstemperatuur is
Uitlaatgasnabehandeling
De katalysator: 3-weg katalysator • katalyse: versnelllen van een scheikundige proces door toevoegen van een bepaalde stof zonder dat die stof zelf verandert • oxidatie- en reductiekatalysatoren • NOx-katalysatoren
oxidatie en reductie • oxidatie: waarbij een stof (HC en CO) zich verbindt met zuurstof: zuurstof toevoegen! Hiervoor is een iets armer mengsel nodig. (λ = 1,005) -> voor HC en CO (platina= katalysator) • reductie: waarbij aan een stof (NOx) zuurstof wordt onttrokken: zuurstof wegnemen! Hiervoor is een iets rijker mengsel nodig. (λ = 0,995) -> voor NOx (rhodium = katalysator) • Lambda-regeling voorziet pendelend signaal rijk/arm voor reductie/oxidatie • werkt enkel als de katalysator op temperatuur is (>400 graden Celsius)
soorten dragersystemen • keramische monolieten (honinggraad) • keramische kralen (losse delen) • bedekt met edelmetalen zoals platina en rhodium
De katalytische laag • Platina en rhodium • stimuleert de omzetting van schadelijke naar nieschadelijke uitstoot • 2CO + 02 -> 2CO2 • 2C2H6+7O2 -> 4CO2 + 6H20 • 2NO+2CO -> N2 + 2CO2
Katalysator werking
Katalysatorwerking • Efficientie van katalysator vaststellen – Opnamecapaciteit voor zuurstof neemt af door vervuiling of veroudering
• Vergelijking van lambda-signalen voor en achter katalysator – goed: achter katalysator hoge spanning (rijk; geen zuurstof meer aanwezig) – slecht: achter katalysator vergelijkbaar spanningssignaal als voor de katalysator (‘pendelend signaal’
Katalysator introductie en specifieke kenmerken • ongeregelde katalysator (voor ’93) • geregelde katalysator (na ’93): met lambdaregeling voor optimaal gebruik van de katalysator
Herhaling 4 takt-principe benzinemotor(1) • start van de 4-takt cyclus • Let op cilinder, kleppen, piston, uitlaat-/ inlaatkanaal, ontsteking, injectie en aandrijving
Herhaling 4 takt-principe benzinemotor(2) • Inlaatslag • Lucht-benzine mengsel wordt aangezogen via blauwe rechtse kanaal • piston gaat naar beneden
Herhaling 4 takt-principe benzinemotor(3) • Compressieslag • Lucht-benzine mengsel wordt samengeperst
Herhaling 4 takt-principe benzinemotor(4) • ONTSTEKING • Samengedrukte Luchtbenzinemengsel wordt ontstoken door bougie
Herhaling 4 takt-principe benzinemotor(5) • Arbeidslag • Mengsel ontbrandt/explodeert en duwt de piston naar beneden • =AANDRIJVING
Herhaling 4 takt-principe benzinemotor(6) • Uitlaatslag • Verbrande uitlaatgassen worden afgevoerd (eventueel via katalysator)
Animatie 4-takt cyclus • 4-takt animatie
CONCLUSIE 4-TAKT cyclus • Voor een optimaal rendement van de motor: – NAUWKEURIGE INSPUITHOEVEELHEID – NAUWKEURIG ONTSTEKINGSTIJDSTIP NOODZAKELIJK!!!
• Nauwkeurige bepaling van de bedrijfsomstandigheden is hiervoor vereist: met SENSOREN.
Voordeel MOTRONIC Met het moderne MOTRONIC motormanagmentsysteem
Zeer nauwkeurige aansturing van zowel INSPUITING als ONTSTEKING mogelijk Laag brandstofverbruik, hoger rendement, betere prestaties, minder schadelijke uitstoot
Algemeen principe: Sensoren->regeleenheid->actuator
Overzicht • SENSOREN nemen de condities op waarin de wagen zich bevindt: ‘De bedrijfsomstandigheden’ en geeft deze signalen door aan de regeleenheid • REGELEENHEID verwerkt deze gegevens en stuurt op basis hiervan de actuatoren • ACTUATOREN (ontsteking, injectie,...)
Kenveld injectie
Kenveld Ontsteking
