1. Condiţii generale de funcţionare ale echipamentelor electrice şi electronice ale autovehiculelor

1.1. Generalităţi

Echipamentul electric al autovehiculelor cuprinde totalitatea aparatelor şi maşinilor electrice având drept scop alimentarea cu energie electrică, la o tensiune de lucru aproape constantă a receptoarelor şi consumatorilor automobilului, atât în timpul rulării cât şi în timpul staţionării acestuia. De asemenea, cu ajutorul echipamentului electric se asigură pornirea şi funcţionarea motorului, mărirea siguranţei în circulaţie şi a gradului de confort în timpul conducerii, prin recondiţionarea şi încălzirea sau răcirea aerului, urmărirea funcţionării sau semnalizarea unor defecţiuni (avarii), la diferite instalaţii, semnalizarea optică şi acustică exterioară iluminarea optimă a drumului pe timp de noapte sau alte cerinţe care uşurează conducerea automobilului în orice regim de lucru şi în orice condiţii c1imatice.

Echipamentul pentru motor - respectiv sistemele de alimentare, de pornire şi de aprindere - are o importanţă deosebită întrucât condiţionează în acelaşi timp funcţionarea automobilului în ansamblu.

Se folosesc sisteme de alimentare în curent continuu cu tensiunea nominală de 6 V, pentru motociclete şi unele autoturisme mai vechi, 12 V la majoritatea autoturismelor şi autocamioanelor de tonaj mic şi mediu şi 24 V 1a autobuze şi autocamioane de puteri mari. Există tendinţa ca pentru instalaţiile electrice ale autovehiculelor, echipate cu generatoare cu puteri mai mari de 500 W, să se utilizeze tensiuni nominale de 24 V. Se utilizează pentru producerea energiei electrice alternatoare trifazate cu redresor datorită avantajelor pe care le prezintă în ceea ce priveşte caracteristicile şi durata lor de funcţionare în comparaţie cu dinamurile.

Sistemele de alimentare în curent alternativ se folosesc foarte rar doar pe unele tractoare, motorete, etc., deoarece neavând baterie, nu asigură alimentarea cu energie electrică decât în timpul funcţionării motorului. Există şi sisteme de alimentare mixte, funcţionând parţial în curent continuu şi parţial în curent alternativ. La unele autobuze o parte a instalaţiei electrice este alimentată în curent continuu de la bateria de acumulatoare, iar altă parte a instalaţiei electrice în curent alternativ legată la înfăşurările de curent alternativ (neredresat) ale statorului alternatorului, ceea ce permite utilizarea iluminatului fluorescent pe autovehiculul respectiv. De asemenea, există sisteme la care instalaţia electrică ale autocamioanelor este alimentată cu curent continuu de 24 V, iar remorca sau semiremorca este alimentată la 12 V printr-un divizor de tensiune.

1.2. Condiţiile tehnice generale impuse echipamentului electric auto Echipamentul electric auto trebuie să facă faţă unor solicitări deosebite, care depind pe de o parte de influenţa

mediului (climatul regiunii) şi a modului de exploatare, iar pe de altă parte de funcţionarea aparatelor în ansamblul instalaţiei electrice.

1.2.1. Condiţii determinate de influenţa mediului şi a modului de exploatare

În funcţie de mediul respectiv, de climatul regiunii şi modul de exploatare, aparatele, receptoarele şi accesoriile electrice auto trebuie să corespundă la diferite condiţii în ceea ce priveşte funcţionarea la variaţii de temperatură, la influenţa radiaţiilor solare, la umezeală, la praf, la solicitări mecanice. Aceşti factori acţionează atât în timpul funcţionării cât şi şi în repaus .

Temperatura ambiantă pentru funcţionarea echipamentului electric se consideră 20+5°C (uneori 25 ± 5 °C). La locul de montare al aparatelor pe automobil, temperatura este diferită în funcţie de radiaţiile motorului, radiaţiile solare şi condiţiile de ventilaţie. Astfel, pentru spaţiul motorului se admite o temperatură maximă de 80-95°C, pentru spaţiul pasagerilor - maximum 65°C, iar pentru spaţiul exterior - maximum 45°C. În ceea ce priveşte temperaturile scăzute se prescrie în general ca produsele să funcţioneze sigur până la –200C şi să funcţioneze limitat până la -40°C, cu excepţia pornirilor (care de obicei la automobile se asigură la -18°C, iar la tractoare -5°C).

Umiditatea relativă în timpul exploatării echipamentului electric al automobilelor este cuprinsă între 10% şi 80%. Încercările echipamentului electric se fac de obicei la umiditate de 95+3%, după care se verifică rezistenţa de izolaţie şi dacă este cazul capacitatea de funcţionare. Pentru aparatele destinate regiunilor cu climat tropical umed, res-pectiv tropical uscat, se asigură funcţionarea şi se prevăd încercări la acţiunea căldurii umede, ceaţă salină, mucegai, microorganisme şi radiaţii solare.

Protecţia împotriva pătrunderii corpurilor străine. În funcţie de locul de amplasare pe automobil şi de categoria de drum, echipamentul electric este mai mult sau mai puţin expus la pătrunderea corpurilor străine, în special a prafului, noroiului şi apei. În ceea ce priveşte modul de protecţie se utilizează diferite execuţii. Astfel, execuţia deschisă se întâlneşte la unele piese sau subansamble simple, ca de exemplu regletele şi casetele cu borne de legătură cât şi bornele unor aparate. Dintre produsele cu execuţie protejată fac parte dinamurile şi alternatoarele, la care însă scuturile sunt găurite pentru realizarea unei răciri mai bune prin ventilaţie. La produsele la care nu se permite pătrunderea corpurilor străine, pentru a nu influenţa funcţionarea unor elemente cu rulmenţi, contacte, perii, etc. se utilizează execuţia închisă, dacă produsele lucrează în locuri acoperite, de exemplu sub capotă, şi execuţia etanşă (rulmenţi capsulaţi, inele colectoare de tipul frontal, etc.), dacă produsele sunt expuse direct agenţilor externi. Tipurile de protecţie sunt standardizate.

Din punct de vedere al solicitărilor mecanice, echipamentele montate pe motor sunt mai solicitate decât cele montate pe caroserie. Verificarea comportării la vibraţii a produselor se face la frecvenţă fixă sau la frecvenţă variabilă,

1

apropiată de frecvenţa de rezonanţă de pe automobil. Încercările la şocuri se fac în general cu frecvenţe mici şi amplitudini mari.

1.2.2. Condiţii determinate de funcţionarea fiecărui element în ansamblul instalaţiei electrice

Condiţiile generale impuse echipamentului electric pot fi împărţite în mai multe grupe şi anume: - condiţii legate de unificarea (standardizarea) elementelor componente, ca de exemplu: tensiunea nominală, legarea la masă, sensul de rotaţie, regimul nominal de lucru; - condiţii care urmăresc asigurarea funcţionării timp îndelungat a echipamentului electric, ţinându-se seama de unele caracteristici ale materialelor şi pieselor utilizate cum sunt: rigiditatea dielectrică, tensiunea de străpungere, gradul de scânteiere la colector, supratemperatura, comportarea la viteza de rotaţie mărită şi antiparazitarea echipamentului electric; - condiţii care urmăresc creşterea securităţii şi siguranţei circulaţiei.

Condiţii legate de unificarea elementelor componente. În general, se prescriu următoarele tensiuni de lucru (care ţin cont de puterea echipamentelor): 6 V pentru motocic1ete, 12 V pentru autovehicule normale şi motoare stabile şi 24 V pentru autovehicule de puteri mari şi specile având puterea generatoarelor peste 500 W.

În ceea ce priveşte legarea la masă se utilizează aproape în exclusivitate legarea la masă a polului negativ, din motive de unificare cu legarea la masă a aparatelor electronice (relee regulatoare, tahometre, relee de semnalizare schimbare de direcţie, echipamnte audio/video, echipamnete de emisie/recepţie, etc.), la care nu se admite inversarea polarităţii. În trecut se utiliza uneori legarea la masă a polului pozitiv, soluţie care prezintă unele avantaje, în special în ceea ce priveşte producerea scânteilor la bujii printr-o ionizare mai bună a spaţiului între electrozii acestora.

Sensul de rotaţie al pieselor mobile ale echipamentului electric (privite din parte a antrenării) este recomandat să corespundă sensului de rotaţie orar. Pentru ruptor-distribuitor sensul de rotaţie se stabileşte privind dinspre capac.

Regimul de lucru al aparatelor se stabileşte în funcţie de destinaţia acestora. Astfel din categoria aparatelor, cu regim de lungă durată fac parte: aparatele ce alcătuiesc sistemele de alimentare şi de aprindere, majoritatea lămpilor, motoarele electrice pentru ştergătorul de parbriz şi pentru încălzire şi altele. Dintre aparatele cu regim intermitent fac parte claxoanele, releele de semnalizare, întreruptoarele de stop, etc., iar pentru produsele de scurtă durată se amintesc demaroarele, bricheta electrică, spălătorul electric de parbriz, etc.

Condiţii privind creşterea duratei de funcţionare a echipamentului electric. Izolaţia părţilor conductoare ale maşinilor şi aparatelor electrice trebuie să-şi păstreze proprietăţile dielectrice, în timpul funcţionării pe automobil, sub acţiunea factorilor externi: umiditate, temperatură, etc. De aceea se impun condiţii privind rezistenţa de izolaţie şi rigiditatea dielectrică, care sunt severe în special pentru echipamentele sistemului de aprindere.

În ceea ce priveşte gradul de scânteiere la colector la maşinile electrice pentru automobile, acesta se stabileşte în funcţie de regimurile de funcţionare ale acestora. Astfel, pentru maşinile cu regim de lungă durată se admit scântei slabe sub o mare parte din suprafaţa de contact a periilor, pentru maşinile cu regim intermitent se admit scântei pentru toate marginile periilor, iar pentru maşinile cu regim de scurtă durată se admit scântei puternice sub toate marginile periilor.

La stabilirea supratemperaturilor admise se ţine seama de caracteristicile materialelor izolante (clasa de izolaţie), cât şi de condiţiile de funcţionare ale echipamentului electric (regim de lucru, ventilaţie, temperatura ambiantă).

Părţile rotative ale echipamentului electric se verifică de obicei la supraturaţie pentru o viteză de rotaţie cu 20% mai mare faţă de viteza maximă utilizată în timpul exploatării.

Din punct de vedere al gradului de antiparazitare, echipamentul electric se clasifică în trei grupe în funcţie de categoria automobilului şi anume: automobile fără aparate de radiorecepţie la bord, automobile cu aparate de radiorecepţie şi automobile speciale.

Pentru asigurarea antiparazitării este necesar să se ia măsuri speciale asupra sistemului de aprindere, asupra sistemului cu perii şi lamele sau inele colectoare cât şi asupra releelor cu contacte vibratoare.

În general, se consideră că cea mai mare parte a echipamentului electric trebuie să asigure funcţionarea fără defecţiuni grave pe întreaga durata de viaţă a automobilului sau cel puţin pâna la prima reparaţie capitală, cu condiţia respectării prescripţiilor de întreţinere şi exploatarea în continuare se prezintă câteva aspecte privind durata de funcţionare pentru principalele elemente componente din cadrul echipamentului electric al automobilului.

În cadrul sistemului de alimentare, elementul cel mai sensibil este bateria de acumulatoare. Durata de funcţionare prescrisă este de obicei de 250-350 cic1uri de încărcare şi descărcare normale, după care capaci tatea poate să scadă la 50-70%.

În ceea ce priveşte generatorul şi releul regulator, o mărire apreciată a duratei de funcţionare, spre exemplu de la 150000 km la 350 000 km se va putea obţine prin trecerea de la dinamuri şi relee regulatoare cu contacte la alternatoare cu relee regulatoare electronice.

Durata de funcţionare a demaroarelor depinde de frecvenţa pornirilor. În general se consideră că un demaror trebuie să realizeze minimum 5000 de porniri.

În cadrul sistemului de aprindere, elementele cu durata cea mai mică sunt bujiile, pentru care unele firme constructoare prescriu 10000-30000 km. Ruptoarele-distribuitoare prevăzute cu contacte din aliaje de wolfram, necesită o curăţire şi reglare periodică aproximativ la 5000-10000 km. Prin utilizarea sistemelor de aprindere tranzistorizate se

2

va putea creşte durata de funcţionare a contactelor (platinilor) la 100000-150000 km. Durata de funcţionare a bobinelor de inducţie este cuprinsă între 75000 şi 250 000 km.

Becurile utilizate în cadrul sistemului de iluminat au o durată de funcţionare care depinde în special de tensiunea de alimentare şi de vibraţiile de pe automobil. Pentru becurile obişnuite ale farurilor se consideră o durată medie de funcţionare de 200-500 h. Durata de funcţionare este mai mare la becurile far şi la lămpile cu halogen.

Aparatele de bord trebuie să asigure în general buna funcţionare de-a lungul întregii exploatări a automobilelor, cu excepţia echipamentelor cu contacte, care în general se defecteaza mai repede. Pentru eliminarea acestor deficienţe, există tendinţa de a se utiliza soluţii constructive noi, ca de exemplu înlocuirea traductoarelor bimetalice cu contacte cu traductoare cu termistor.

Problema măririi duratei de viaţă a produselor electrotehnice în general şi a echipamentului electric pentru automobile în special este extrem de complexă avându-se în vedere diversitatea mare a cauzelor care concură la producerea defecţiunilor .

Condiţii care urmăresc creşterea securităţii şi siguranţei circulaţiei. Pentru creşterea securităţii şi siguranţei circulaţiei, s-au elaborat prescripţii (reguli) care reprezintă condiţiile minime în care trebuie să se încadreze construcţia elementelor sau parametrii automobilelor.

Astfel, de exemplu, farurile şi filamentele fazei scurte (de întâlnire) trebuie să fie construite cu lumini asimetrice, astfel încât acestea să asigure iluminarea optima inclusiv partea dreapta a drumului pe timp de noapte, fără a produce însă orbirea celor care vin din sens opus. De asemenea, pentru evitarea orbirii şoferului de către lumina fa-rurilor automobilelor din spate, oglinda retrovizoare din habitaclu trebuie să aibă posibilitatea să fie înclinată în două poziţii, pentru circulaţia pe timp de noapte sau zi. De asemenea, s-au stabilit puterea şi intensitatea becurilor corpuri lor de iluminare, semnalizare şi avertizare pentru faruri, lămpi semnalizare frânare, schimbare direcţie, lămpi poziţie, mers înapoi, etc., culorile geamurilor dispersoare şi în general, caracteristicile constructive şi funcţionale ale echipamentului electric care concură la securitatea şi siguranţa circulaţiei rutiere.

1.3. Structura generală a echipamentului electric

În fig1.1 sunt prezentate elementele constitutive ale echipamentului electric al unui automobil.

3

Fig.1.1.Structura generală a echipamentului electric al unui automobil

Sistemul de alimentare Furnizează energia electrica (de c.c.) necesară alimentării tuturor consumatorilor instalaţi pe automobil.

Conţine: - generatorul electric (dinam sau alternator cu redresor) - antrenat de motorul cu ardere internă. Pe durata funcţionării acestuia, generatorul alimentează consumatorii şi încarcă bateria de acumulatoare; - releul regulator de tensiune (electric sau electronic) având rolul de a stabiliza tensiunea debitată instalaţiei şi bateriei de către generator (care este antrenat de motor la turaţii variabile în limite relativ largi); - bateria de acumulatoare - care alimentează instalaţia electrică pe durata opririi motorului cu ardere internă; - elementele de distribuţie şi interconectare (conductoare, papuci şi fişe plate, siguranţe fuzibile, întreruptoare şi comutatoare, etc.).

4

Instalaţia de pornire Realizează pornirea (,,demararea’’) motorului (cu aprindere prin scânteie - MAS sau cu aprindere prin

compresie - MAC). Conţine un electromotor special (,,demaror’’ prevăzut cu un dispozitiv electromecanic de cuplare a pinionului demarorului în coroana dinţată a volantului motorului cu ardere internă.

Instalaţia de aprindere Realizează - la momente precise şi succesiv, în fiecare cilindru - scânteile necesare aprinderii amestecului

carburant din cilindrii motoarelor cu ardere internă de tip MAS. În varianta pur electrică - cea mai frecventă - conţine: - bobina de inducţie; - ruptorul-distribuitor; - conductoarete de înaltă şi joasă tensiune; - bujiile; - comutatorul cheii de contact (inclus în mai multe circuite sau sisteme). Există şi o multitudine de variante statice, electronice (,,aprinderi electronice’’) având performanţe net superioare sistemelor electrice.

Instalatia de ,,carburaţie electronică’’ Această instalaţie permite dozarea precisă şi reglarea optimă a amestecului aer-carburant în funcţie, simultan,

de mai mulţi parametri ca: - turaţia realizată; - debitul de aer admis (sau depresiunea din galeria de admisie); - temperatura motorului şi a aerului ambiant; - poziţia clapetei de acceleraţie; - conţinutul în O2 al gazelor de eşapament. Evident că o astfel de instalaţie poate realiza - pe lângă optimizarea funcţionării motorului – şi o economie importantă de carburant.

Aparatele de măsurat şi control Realizează (cu traductoare adecvate) măsurarea şi afişarea (parametrilor funcţionali ai motorului şi

automobilului. În cazul cel mai general aceste aparate pot fi: - voltmetrul - pentru indicarea tensiunii bateriei şi generatorului;- termometrul - indicând temperatura apei din sistemul de răcire a motorului; - manometrul - indicând presiunea uleiului din circuitul de lubrifiere a motorului; - litrometrul - pentru indicarea nivelului de carburant din rezervor;- nivelmetre - pentru indicarea nivelului, în rezervoarele respective, al diferitelor lichide (apa de răcire, lichid de frână, lubrifiant, lichid de spălare a parbrizului, etc.); - benzinometrul (,,debitmetrul’’ sau ,,econometrul’’) - pentru indicarea consumului instantaneu de carburant; - vitezometrul - indicând viteza instantanee a automobilului;- contorul de kilometri rulaţi (parţial şi/sau total); - tahometrul (,,turometrul’’) - pentru indicarea turaţiei instantanee a arborelui motor; - dwellmetrul - pentru indicarea valorii instantanee a unghiului Dwell.

Instalaţia de semnalizare internă a avariilor Conţine avertizoare (sau ,,indicatoare’’) optice şi/sau acustice (mai rar), funcţionând prin aprinderea sau

stingerea unui bec, respectiv declanşarea unui semnal acustic, atunci când parametrul de măsurat (o mărime elec trică - tensiune/curent -sau neelectrică (cu traductor adecvat - presiune, temperatură, nivel, etc.) atinge o anumită, valoare - maximă sau minimă - prezentând un pericol iminent pentru instalaţia sau sistemul respectiv al autovehiculului. Din această instalaţie fac parte - nelimitativ avertizoarele pentru indicarea: - tensiunii corecte a bateriei de acumulatoare; - funcţionării generatorului electric (deci - încărcării bateriei de acumulatoare); - arderii unor siguranţe fuzibile; - poziţiei ,,TRAS’’ a frânei de mână; - poziţiei ,,TRAS’’ a butonului de şoc; - creşterii temperaturii lichidului de răcire; - scăderii nivelului lichidului de frână; - scăderii presiunii uleiului; - (ne)funcţionăarii unor becuri din lămpi (în special de STOP) şi faruri;- apariţiei condiţiilor de acvaplaning sau de polei; - menţinerii alimentării unor consumatori după oprirea motorului.

Instalaţia de iluminare şi semnalizare exterioară optică şi acustică

5

Are rolul de a asigura (pe timpul nopţii sau în condiţii de vizibilitate redusă) iluminarea drumului şi a vehiculului (în interior), precum şi semnalizarea schimbării direcţiei de mers şi/sau a frânării - eventual claxonarea. Conţine: - faruri cu becuri cu incandescenţă sau halogen (cu 2 faze); - faruri cu becuri cu halogen; - girofar (în cazul unor automobile cu destinaţie specială); - lămpi de poziţie; - releu de timp şi lămpi de semnalizare a schimbării direcţiei de mers şi/sau avariei; - lampa de stop; - lampa de iluminare a numărului de înmatriculare; - lampa în habitaclu; - lămpi de mers înapoi; - claxon şi/sau sirena.

Instalaţii şi aparate electrice/electronice auxiliare Au rolul de a facilita conducerea automobilului şi de a spori siguranţa în circulaţie şi/sau confortul persoanelor

din habitaclu. Astfel sunt de exemplu:- ştergătoare de parbriz - acţionate electric; - electropompe peutru spălarea parbrizului; - rezistenţe electrice pentru dezghetarea/dezaburirea geamului din spate (lunetă); - instalaţii de condiţionare/climatizare/ventilare; - ceas electric/electronic; - bricheta electrică;- frigider electric; - instalaţie electrică/electronică de securizare (,,antifurt’’); - instalaţii pentru comanda electrică a oglinzilor retrofizoare;- instalaţii pentru comanda electrică a geamurilor;- rezistenţe electrice pentru încălzirea scaunelor;- instalaţii radio/audio (Hi-Fi): auto(radio)casetofoane, echipamente de înaltă fidelitate (CD, DVD) şi/sau televizoare pentru automobile, echipamente de radiocomunicaţii (,,radiotelefoane’’), echipamente de navigaţie (GPS) şi/sau pentru prevenirea coliziunilor (,,radar’’) şi altele.

1.4. Pozarea, respectiv dispunerea şi montarea conductoarelor şi receptoarelor electrice pe automobil

La montarea lor pe automobile, elementele echipamentului electric sunt interconectate, realizându-se astfel instalaţia electrică generală a automobilului respectiv. Interconectarea se face de obicei în cadrul unui singur circuit general, în care toţi consumatorii sunt alimentaţi de la sistemul de alimentare, respectiv de la baterie-generator.

Din motive economice, în prezent se utilizeaza în marea majoritate a cazurilor scheme electrice cu un conductor, închiderea circuitului realizându-se prin masa metalică a automobilului. Schemele cu două conductoare se folosesc atunci când aparatul este montat pe un material izolant sau pe un material metalic, care nu asigură un contact electric bun (de exemplu duraluminiu).

La marea majoritate a autovehiculelor din lume polul pozitiv este izolat, iar polul negativ este legat la masă. Conductoarele electrice ale automobilelor se împart în conductoare pentru joasă tensiune şi conductoare pentru

înaltă tensiune. La rânduI lor, conductoarele pentru joasă tensiune şi diferitele piese terminale (papuci, fişe, etc.) diferă în funcţie de intensitatea curentului care trece prin ele, secţiunea conductoarelor fiind mai mare sau mai mică. Conductoarele de inalta tensiune, au o izolaţie corespunzătoare, se utilizeaza in circuitele de aprindere şi au o construcţie diferită pentru sistemele antiparazite, faţă de cele normale. Pentru a avea o durabilitate cât mai mare conductoarele de legătură trebuie să îndeplinească o serie de condiţii şi anume : - să reziste la solicitări mecanice, vibraţii, loviri, frecări, flexiuni repetate, existente în funcţie de tipul şi destinaţia autovehiculului şi de gradul de expunere a porţiunii respective de circuit la solicitări mecanice suplimentare; - să reziste la temperaturi coborâte, care pun probleme în special în privinţa calităţii materialelor izolante; - să reziste la temperaturi ridicate (condiţii specifice c1imatului tropical), avându-se în vedere în special cablajele montate pe motor sau pe alte organe cu temperatura ridicată; - să reziste 1a acţiunea uleiului, benzinei şi motorinei.

Terminalele conductoarelor (papuci, fişe plate, etc.) trebuie să asigure un contact electric bun, cădere de tensiune redusă, încălzire mică şi să reziste la acţiunea factorilor mecanici şi chimici.

Conductoarele se execută din cupru multifilar pentru a avea flexibilitatea necesară. Secţiunea conductoarelor se alege astfel, încât să nu se depăşească căderea de tensiune admisă pentru circuitul respectiv, după care se face verificarea prin calcul a încărcării din punct de vedere termic: în limitele de temperatură prescrise de producătorul cablului.

De obicei, primul criteriu - cel al căderilor de tensiune - este determinant. Indiferent de rezultatul calculului de dimensionare, din considerente mecanice, nu se utilizează conductoare cu sectiunea sub 0,5 mm 2. Pentru buna

6

funcţionare a anumitor circuite se prescriu în mod special, chiar de firma constructoare a produsului, valorile limită ale căderilor de tensiune sau ale rezistenţelor electrice ale conductoarelor.

Pentru uşurarea montajului conductoarelor, în funcţie de traseul de pe automobil, acestea se grupează în mănunchiuri (fascicule) numite cablaje sau cabluri, care sunt strânse şi protejate prin înfăşurare cu banda sau introduse în tuburi, care sunt executate de obicei din masa plastică. Fixarea cablajelor pe automobil se face cu ajutorul clemelor, garniturilor şi manşoanelor, de buna fixare a cablajului pe traseul ales depinzând evitarea deteriorării (roaderii) izolaţiilor datorită vibraţiilor. Din cablaj ies, după necesităţi, o serie de conductoare sau fascicule de conductoare separate numite ramuri care se racordează (îmbină) cu diferite subansamble sau restul schemei prin intermediul prizelor (mufelor) confecţionate din materiale plastice, prevăzute cu borne mono sau multipolare sau prin intermediul regletelor de conexiuni.

Realizarea instalaţiilor electrice de pe automobile se face conform schemelor, în care sunt indicate prin semne convenţionale: aparatele care intră în componenţa schemei, inscripţionarea bornelor, conductoarele de legătură, indicându-se la acestea secţiunea în milimetri pătraţi (mm2), culorile, cât şi alte indicaţii utile pentru a facilita intervenţiile în cadrul schemei cu ocazia verificărilor sau depanărilor.

De asemenea, în schemele de montaj se mai indica şi alte date necesare executării operaţiilor de montaj şi anume: poziţia de montaj a aparatelor pe automobil, piese1e de montaj (suporţi, cleme, şuruburi, piuliţe, şaibe, etc.), traseele fasciculelor, modul de pozare (fixare) a fasciculelor pe aceste trasee, inclusiv piesele necesare (cleme, manşoane, garnituri, etc.), modul de realizare a conexiunilor la bornele aparatelor, precum şi alte indicaţii speciale privind modul de montare.

1.5. Sistemul de alimentare cu energie electrică a unui autoturism Dacia 1300

În fig.1.2 se prezintă schema electrică de principiu pentru un autoturism Dacia 1300.În fig.1.2: 1 şi 6 lămpi de poziţie şi de semnalizare faţă; 2 şi 5 - faruri ; 3 şi 4 c1axoane; 7 - regulator de

tensiune; 8 - alternator; 9 - electromotor de pornire; 10 - ruptor-distribuitor: 11 - caseta cu siguranţe; 12 - conector presiune ulei; 13 - conector temperatură apă; 14 - bobina de inducţie ; 15 şi 16 - lămpi de staţionare (poziţie) ; 17 - întrerupător lampi de stop; 18 şi 19 - casete cu borne de racordare (reglete); 20 - releu de semnalizare schimbare direcţie; 21 - electromotor ştergător de parbriz; 22 - baterie de acumulatoare; 23 - electromotor de climatizare; 24 - lampa de iluminare a cutiei de bord; 25, 26 şi 27 - casete cu borne; 28 - mufe cu prize de branşare la tabloul de bord; 29 - comutator central de lumină de semnalizare, a schimbării direcţiei şi întrerupător claxoane; 30 - comutator cu cheie de contact; 31 - întrerupător lămpi staţionare; 32 - reostat pentru iluminarea tabloului de bord; 33 - întrerupător de încălzire a geamului din spate; 34 - întrerupător lampa frână de mână; 35 - întrerupător lampă de şoc; 36 - tablou de bord; 37 şi 41 mufe cu fişe de racordare; 38 - comutator ştergător parbriz; 39 - brichetă electrică; 40 - lampă iluminare brichetă; 42 - comutator încălzire; 43 - ramificaţie spre plafonieră; 44 şi 51 - întrerupătoare plafonieră de la uşile faţă stânga, respectiv dreapta; 45 - întrerupător lampă iluminare portbagaj; 46 - casetă cu borne de racordare; 47 - lampă iluminare portbagaj; 48 - plafonieră; 49 - rezistenţe pentru încălzirea geamului din spate; 50 - traductor de combustibil (rezervor); 52 şi 54 - lămpi poziţie, stopuri şi semnalizare spate; 53 - lampă de iluminare a numărului de înmatriculare; A cablaj din faţă; B - cablaj din stânga; C - cablaj pentru brichetă; D - cablaj din spate: E - cablaj pentru plafonieră; Q - cablaj pozitiv ; P - cablaj negativ.

7

Fig.1.2. Schema electrică a autoturismului Dacia 1300

8

2. Componente electrice şi electronice utilizate la auvehicule

2.1. Conductoare şi izolatoare

Conductoarele electrice sunt realizate din conductor (elementul activ) şi izolaţie. Elementul activ – în domeniul auto - este realizat din cupru.

Din punct de vedere constructiv, conductoarele se realizează unifilare (dintr-o singură sârmă cu secţiune masivă) sau multifilare (din mai multe sârme separate, torsionate între ele). Conductoarele multifilare au avantajele că au o flexibilitate ridicată şi efectul pelicular în curent alternativ este diminuat.

Pentru a preîntâmpina atingerea părţilor metalice aflate la potenţiale diferite se utilizează izolatorii. Izolatorii mai au rolul de a proteja elementul activ (conductorul) de acţiunile mecanice şi de agenţii din mediul exterior.

În instalaţiile electrice ale autovehiculelor se utilizează conductoare simple multifilare. Pentru a da informaţii cât mai complete despre natura conductorului şi a izolaţiei se utilizează notaţii specifice.

Pentru conductoare (fig.2.1) se notează cu F – instalaţii fixe; A – armătură cu sârmă rotundă sau conductor de aluminiu când este scris la începutul simbolului conductorului; C – cauciuc; f – flexibil; ff – foarte flexibil; Y – masă plastică; S – izolaţie contrucţie specială; I – înveliş rezistent la intemperii; Ti – împletitură textilă impregnată, T - împletitură textilă neimpregnată. Lângă simbol se ataşază un număr care reprezintă secţiunea în mm2 şi numărul de conductoare. De exemplu 2x4 FYY – două conductore de cupru cu secţiunea de 4 mm2 pentru instalaţii fixe, paralele cu izolaţie şi manta de material plastic.

Fig.2.1. Secţiune printr-un conductor izolat

Pentru cordoane (ansambluri de mai multe conductoare pentru instalaţii mobile) notarea se face astfel: M – instalaţii mobile (cordon); C – cauciuc; p – execuţie plată; U – execuţie uşoară; M (nu prima literă) – execuţie mijlocie; T – tresă textilă. De exemplu 2x2,5 MCMp reprezintă un cordon cu două conductoare de 2,5 mm 2, cu manta de cauciuc, execuţie mijlocie şi plat.

Secţiunile standarnizate (normalizate) ale conductoarelor electrice sunt: 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35 mm2.

Ca element activ în cabluri şi conductoare se utilizează cuprul şi aluminiul. În tabelul 8.4 se prezintă principalele caracteristici ale acestora, unde [kg/m3] – densitatea, c [J/(m3K)] – căldura specifică volumică, [m] – rezistivitatea electrică (la diferite temperaturi), r [1/K] – coeficientul de variaţie cu temperatura, [W/(mK)]-conductivitatea termică.

Tabelul 2.1.

Principalele caracteristici ale cuprului şi ale aluminiului

Materialul [kg/m3]

c [J/(m3K)]

00

[m]20

0 [m]

r [1/K]

[W/(mK)]

Cupru 8,9103 3,45106 1,59810-8 1,72410-8 3,9310-3 390Aluminiu 2,7103 2,5106 2,61510-8 2,82610-8 4,0310-3 220

Conductoare izolate şi cabluri pentru instalaţiile electrice mobile

Se execută din conductoare din cupru multifilare. Acestea se clasifică în:- cordoane şi cabluri în manta de cauciuc (MCCU, MCCUT, MCCM, MCCMT, MCCG);- cordoane şi cabluri în izolaţie de PVC (Myp, MYYUp, MYYU, MYYM, MYYG, MYff);

În tabelul 2.2 sunt prezentate cîteva caracteristici pentru materiale electroizolante des întâlnite în practică.Tabelul 2.2.

Principalele caracteristici ale unor materiale electroizolante

Materialul Temperatura maximă Temperatura maximă

9

[W/(mK)]

serviciu permanentm [0C]

serviciu de scurtă durată sau de scurtcircuit sda [0C]

Policlorură de vinil (PVC)Polietilenă (PE)

0,16 70 140-160

Polietilenă reticulată (PR)Etilen propilenă (EPR)

0,3-0,04 90 250

Materialele electroizolante pot fi de mai multe tipuri:- răşini termoplastice;- răşini termoreactive;- răşini termoreactive de turnare;- materiale izolante anorganice.

La construcţia conductoarelor şi cablurilor se mai utilizează: lacuri electroizolante de impregnare, lacuri electroizolante de acoperire, mase de turnare, compunduri (pe bază de bitum), hârtie şi ţesături impregnate, materiale flexibile lăcuite, izolaţii combinate, produse stratificate presate, produse pe bază de mică foiţă şi de hârtie de mică.

2.2. Componente electronice pasive

2.2.1. Rezistoare

Rezistoarele sunt componente fabricate din materiale rezistive, la bornele cărora între tensiune şi curent (sinusoidale) există un defazaj practic nul, iar raportul tensiune-curent este practic constant (curent continuu sau alternativ).

Un conductor omogen cu rezistivitatea [], secţiunea s şi lungimea l are rezistenţa electrică R:

R=ρ⋅ls (2.1)

În funcţie de materialul utilizat sau tehnologia de fabricaţie rezistoarele pot fi (fig.2.2):

- rezistoare bobinate – materialul rezistiv, este un conductor metalic dintr-un aliaj înfăşurat pe un suport izolant;

- rezistoare de volum – materialul rezistiv este format dintr-un amestec de materiale (conductoare şi izolante);

- rezistoare peliculare – materialul rezistiv este depus într-un strat pe un suport plan sau cilindric;- rezistoare pentru circuite integrate – materialul rezistiv poate fi materialul semiconductor sau depunere

peliculară pe suportul circuitului.

Fig.2.2. Forme constructive de rezistoarea) bobinate; b) peliculare cilindrice; c) peliculare plane; d) de volum;

e) peliculare pentru circuite integrate

10

Rezistoarele variabile şi semivariabileRezistoarele variabile şi semivariabile sunt realizate din aceleaşi materiale ca şi cele fixe. Cele mai utilizate

sunt rezistoarele bobinate şi cele cu peliculă de carbon. Legea de variaţie (fig.2.3) este obţinută prin modificarea rezistivităţii materialului (peliculare) în lungul traseului sau prin modificarea secţiunii de bobinare (bobinate).

Fig.2.3. Legi de variaţie a rezistenţei rezistoarelor variabileA) liniar; B) logaritmic; C) invers logaritmic; D) exponenţiale;

E) invers exponenţiale; F) dublu logaritmic; S) tip „S”

Termistoare (rezistoare dependente de temperatură)Termistorul este un rezistor a cărui valoare depinde în mod stabil şi reversibil de temperatură. După modul de

variaţie a rezistenţei termistoarele sunt: cu coeficient de temperatură negativ (CTN) şi cu coeficient de temperatură pozitiv (CTP).

După modelul de încălzire, termistoarele se clasifică în două categorii: cu încălzire directă (prin efect Joule) şi cu încălzire indirectă (sursa de căldură independentă de curentul ce trece prin termistor), în acest ultim caz poate prezenta două terminale suplimentare pentru încălzire.

Fig.2.4. Caracteristica tensiune-curent pentru un termistor cu CTN

FotorezistoareFotorezistoarele sunt rezistoarele pentru care valoarea rezistenţei este dependentă de fluxul luminos incident pe

elementul rezistiv. Dependenţa rezistenţei este bazată pe efectul fotoelectric intern al materialelor semiconductoare. Funcţie de sensibilitatea la un anumit domeniu al spectrului se alege materialul pentru construcţie.

Caracteristica voltampermetrică I = f(U) este în general liniară, abateri având la valori mari ale tensiunii.

2.2.2. Condensatoare

11

Condensatoarele sunt componentele pentru care în regim sinusoidal curentul este defazat cu /2 înaintea tensiunii, înmagazinând energie electrică prin acumularea de sarcină electrică sub o anumită tensiune.

Fig.2.5. Condensatoare: a. Simbol general; b. Condensator polarizat; c. Condensator reglabil; d. Condensator reglabil cu valoare predeterminată

Condensatorul este format dintr-un sistem de doi electrozi. Capacitatea sa (C) este egală cu raportul dintre sarcina (Q) cu care este încărcat şi diferenţa de potenţial (V2-V1) dintre ei:

C= QV 2−V 1 (2.2)

unde C [F]; Q [C]; V [V].Energia electrică W înmagazinată de un condensator cu capacitatea C, încărcată sub tensiunea U = V 2 – V1

este:

W=C⋅U2

2 (2.3)În funcţie de capacitatea obţinută la borne, condensatoarele pot fi fixe sau variabile. Condensatoarele fixe

utilizate în electronică sunt construite din două armături între care se găseşte un dielectric (material izolant). Când unul dintre electrozi este format dintr-un electrolit, condensatoarele sunt polarizate.

Forme constructive:- cilindric (din ceramică);- plan (din ceramică, sticlă, oxidice);- bobinat (din pelicule plastice, pelicule oxidice);- multistrat (din ceramică, mică, sticlă, dielectric gazos, dielectric lichid).Tipuri de condensatoare fixeCondensatoarele fixe se clasifică după tipul dielectricului utilizat.Proprietăţile electrice ale condensatoarelor depind în cea mai mare parte de dielectric. Anumiţi dielectrici

prezintă polarizare remanentă astfel încât ei nu se descarcă complet la un scurtcircuit temporar.a) Condensatoare cu pelicule plastice;b) Condensatoarele cu hârtie;c) Condensatoare cu mică;d) Condensatoare ceramice;e) Condensatoare electrolitice. Condensatoarele electrolitice sunt polarizate (datorită prezenţei

electrolitului şi contactului oxid-metal care se manifestă ca un contact redresor), de aceea tensiunea aplicată la bornele sale trebuie sa fie de aceeaşi polaritate.

2.2.3. Inductoare şi transformatoare

Inductivitatea proprie a unui circuit electric se defineşte ca raportul dintre fluxul magnetic total care străbate o suprafaţă limitată de conturul unui circuit electric şi curentul care produce acest flux.

Fig.2.6. Inductanţă, bobină: a. Simbol general; b...e. idem cu miez magnetic b.; cu întrefier c.; cu două prize fixe d.; reglabilă în trepte cu contact mobil e.

Astfel între fluxul total () ce străbate cele n spire ale circuitului, fluxul printr-o singură spiră () şi curentul (i) ce străbate conductorul se poate scrie relaţia:

12

ψ=n⋅φ=Ls⋅i (2.4)unde Ls este inductivitatea statică a circuitului [H].

Inductoare cu miez feromagnetic- Inductoare realizate pe miezuri în formă de barăLa barele feromagnetice întrefierul constituie un procent însemnat din lungimea circuitului; la

capetele miezului, fluxul se disipează şi numai o parte din liniile ce ies la un capăt intră în celălalt. În plus, există o variaţie a fluxului prin miez.

Această formă a circuitului magnetic se utilizează atunci când se doreşte realizarea unei bune stabilităţi a inductivităţii în raport cu mărimea fluxului, variaţia temperaturii, trecerea timpului.

- Inductoare realizate pe miez toroidalFluxul magnetic se concentrează în cea mai mare parte în miezul magnetic, scăpările de flux fiind în general

neglijabile.- Inductoare realizate pe miezuri de tip oalăAceastă geometrie este avantajoasă (faţă de tor) datorită uşurinţei cu care se realizează bobina şi intrefierul,

dispunând şi de posibilităţi de reglaj. Circuitul magnetic este închis, prezentând un intrefier pe coloana centrală, bobina fiind bine protejată de influenţa câmpurilor exterioare.

- Inductoare pentru atenuarea frecvenţelor ridicateSunt inductoare care au o impedanţă scăzută la frecvenţe joase şi o impedanţă ridicată la frecvenţe ridicate.

Sunt construite din mărgele de ferită cilindrice sau toruri de mici dimensiuni prin care trece conductorul de legătură.

Transformatoare de reţeaPentru transformatorul de reţea se utilizează în mod obişnuit tole Fe-Si având dimensiuni standardizate.

Fig.2.7. Transformator de reţea

Considerând un transformator de reţea cu n înfăşurări secundare (fig.2.7) se poate evolua puterea totală absorbită din secundar:

P2=∑k=1

n

P2 k=∑k=1

n

U2 k⋅I 2k [VA ](2.5)

şi puterea absorbită în circuitul primar, dacă se consideră randamentul transformatorului (pentru puteri reduse până la 200-300 W se poate considera 0,8).

P1=P2

η (2.6)Secţiunea miezului central SFe va fi:

SFe=0,8 .. .1,6 √P1 [VA ] [cm2 ](2.7)

Curentul în primar va fi:

I=P1

U1 (2.8)Transformatoarele şi bobinele sunt componentele cele mai grele şi mai voluminoase din echipamentele

electronice; practic ele ocupă până la 20% din volumul echipamentului şi până la 3040% din masa sa. Realizarea de transformatoare de dimensiuni mici este favorizată şi de faptul că echipamentele electronice de dimensiuni mici sunt construite cu tranzistoare şi circuite integrate cărora le sunt caracteristice curenţi mici la funcţionare şi tensiuni coborâte la alimentare.

13

2.2.4. Comutatoare

Comutatoarele sunt componente mecanice de circuit, folosite pentru schimbarea legăturilor unor porţiuni de circuit printre altele sau pentru modificarea succesivă a conexiunilor unuia sau mai multor circuite.

Fig.2.8.Simboluri care indică funcţia contactului: a. contactor; b. întreruptor de putere; c. separator; d. separator de sarcină; e. declanşare automată; f. întreruptor de poziţie; g.revenire automată; h. menţinerea poziţiei

Comutatoarele se caracterizează prin tensiune nominală, curent nominal, număr de contacte, mod de acţionare (rotative, basculante, prin apăsare etc.) şi se construiesc de obicei pentru acţionarea manuală la tensiuni relativ coborâte (sub 500 V).

Comutatoarele se clasifică:- după mărimea puterii pe care o comută: în comutatoare de mică putere (sub 50 V), comutatoare de medie

putere (de la 60....500 VA) şi comutatoare de putere (peste 500 V);- după felul curentului pe care-l comută: în comutatoare de curent continuu şi comutatoare de curent

alternativ.- după tipul constructiv: în comutatoare rotative, comutatoare tip claviatură etc.- după gabarit: comutatoare normale şi comutatoare miniatură.

În echipamentele electronice comutatoarele trebuie să aibă o influenţă minimă supra semnalelor electrice pe care le comută.Contactele comutatoarelor pot fi: fixe şi mobile. Contactele fixe sunt contacte la elemente electrice ale schemei iar contactele mobile sunt fixate pe reglete mobile acţionate din exterior.

Tipuri constructive:- comutatoare basculante pentru c.c. şi c.a., puteri sute de VA;- comutatoare prin apărare pentru c.c. şi c.a. la joasă frecvenţă;- comutatoare rotative sunt destinate pentru comutarea circuitelor de înaltă frecvenţă, de joasă frecvenţă şi a

circuitelor de c.c. cu puteri până la 60 VA;- comutatoare tip claviatură în c.c. şi c.a. în aparatura electrică şi electronică de măsurare şi de larg consum.2.2.5. Conectoare

Conectoarele sunt componente electronice de circuit utilizate pentru realizarea unor legături electrice conductoare demontabile între blocuri, subansamble, cabluri, etc.

Fig.2.9. Conectoare: a. contact tată; b. contact mamă; c.fişă şi priză; d.priză şi fişă multipolară; e.conector partea fixă; f.conector partea mobilă; g.ansamblu conector; h.soclu cu priză şi contact de protecţie; i. fişă şi priză de conector

Legătura electrică în conectoare se asigură prin perechi de contacte de tip „mama-tată” care constau dintr-un ştaft (pin) şi dintr-un contact elastic, fixate într-un suport izolator.

În funcţie de tensiunea şi frecvenţa curentului ce trece prin perechea de contacte, conductoarele se clasifică în contactoare de joasă frecvenţă (de tensiune mică şi mare) şi în contacte de înaltă frecvenţă.

După modul de conectare a conductoarelor la contactele conectoarelor se deosebesc:- contacte prin lipire;- prin rulare;- prin sertizare.După felul zonei de contact se deosebesc:- conectoare cu contacte punctiforme;- cu contacte liniare;- cu contacte de suprafaţă.Tipuri constructive:

14

- conectoare pentru circuite imprimate; - conectoare de panou utilizate pentru interconectarea blocurilor funcţionale;- conectoare cilindrice se utilizează pentru diferite conexiuni de cabluri echipament în echipamentele

staţionare;- conectoare coaxiale utilizate la frecvenţă ridicată (frecvenţe înalte);- conectoare pentru aplicaţii speciale. - socluri pentru diferite componente (tranzistoare, circuite integrate, relee, etc).

2.2.6. Relee

Releele sunt componente electronice de circuit utilizate pentru realizarea unor funcţiuni logice. Releul stabileşte sau întrerupe o serie de circuite prin acţionarea unui număr de contacte care se închid sau se deschid sub acţiunea forţelor exercitate asupra părţii mobile (armătura).

Fig.2.10. Releu electromagnetic - simbol

Se folosesc mai ales la separarea unor blocuri care funcţionează la tensiuni şi puteri mult diferite şi în circuitele în care condiţiile de circuit închis sau deschis sunt severe.

Cel mai folosit tip de releu este releul electromagnetic. Există mai multe tipuri de relee electromagnetice, utilizate pentru comanda unor puteri între zecimi de volt-amperi şi sute de volt-amperi.

Releul electromagnetic destinat pentru comutarea circuitelor electrice în echipamentele electronice, aparatură de automatizare constă din trei părţi principale: electromagnetul, armătura şi contacte electrice.

Releele electromagnetice se clasifică în:- după felul curentului de comandă, se deosebesc relee de curent continuu şi relee de curent alternativ;- după mărimea puterii consumate se împart în relee sensibile (până la 1/10 W) şi în relee normale (peste

1/10W);- în funcţie de timpul de acţionare se deosebesc relee foarte rapide (5ms), relee adevărate (50ms), relee

normale (150ms) şi relee lente (1,2ms);- după mărimea puterii pe care o comută, releele sunt de mică putere (50VA în c.c. şi 120VA în c.a.), de

medie putere (150VA în c.c. şi 500VA în c.a.) şi de putere numite şi contactoare (puteri peste 500VA).

2.7. Cablaje imprimate

Utilizarea cablajelor imprimate constituie o tehnică universală de interconectare a componentelor electronice profesionale, cât şi în cele de larg consum. Cablajele imprimate au următoarele avantaje:

- permit reducerea volumului şi masei echipamentelor prin creşterea densităţii de montaj a componentelor electronice;

- contribuie la creşterea siguranţei în funcţionare a echipamentelor prin micşorarea numărului de fire de legătură între componentele electronice;

- contribuie la simplificarea operaţiilor de asamblare, la reducerea duratei lor de execuţie şi permit automatizarea lor în cazul unei producţii de serie;

- conduce la reducerea cazurilor de montare eronată a componentelor electronice în scheme şi asigură o bună reproductibilitate a montajelor;

- asigură montaje cu o bună comportare la acţiuni mecanice (vibraţii, şocuri) şi climatice (căldură, umiditate);

- contribuie la miniaturizarea montajelor electronice şi deci a echipamentelor în ansamblu;- fac posibilă unificarea şi standardizarea construcţiei blocurilor electronice funcţionale care intră în

componenţa echipamentelor electronice şi asigură interconectarea uşoară a acestora.În funcţie de numărul straturilor metalice (conductoare) depuse cablajele imprimate se împart în:

- cablaje imprimate simplu strat; - cablaje imprimate dublu strat (cele mai întâlnite); - cablajele imprimate multistrat sunt destinate pentru montarea pe ele a circuitelor integrate cu multe

terminale.După tipul suportului izolant:- cablaje rigide- cablaje flexibile

15

Ca material dielectric pentru suportul placat se utilizează frecvent pertinaxul şi sticlotextolitul.

2.3. Componente electronice active

2.3.1. Diode semiconductoare

O joncţiune p-n prevăzută cu contacte metalice ataşate la cele două regimuri şi introdusă într-o capsulă de sticlă, metal sau material plastic, pentru a o proteja de mediul exterior se numeşte diodă semiconductoare. regiunea p a joncţiunii constituie anodul diodei, iar regiunea n catodul (fig.2.11).

Fig.2.11. Structura unei diode şi reprezentarea ei în scheme

Dacă la anod se aplică o tensiune pozitivă, se spune că dioda este polarizată direct. Rezistenţa electrică directă a diodei este mică şi depinde de tipul diodei.

Clasificarea diodelor semiconductoare după funcţiile lor în circuite electronice:a) redresoare- de mică putere IF 0,3 A- de putere medie IF 10 A- de putere IF 10 Ab) stabilizatoare- de mică putere Pd 0,3 W- de putere medie Pd 5 W- de putere Pd 5 Wc) varicap- de înaltă frecvenţă- de ultra înaltă frecvenţăd) fotodiode- pentru spectru vizibil- specialea) Caracteristica directăAlura caracteristicii în conducţie directă a unei diode semiconductoare este prezentată în primul cadran al

fig.2.12. Curentul este egal cu zero, până la o anumită valoare numită tensiune de prag, de la care creşte rapid cu creşterea tensiunii U; valori tipice pentru tensiunea de prag sunt cuprinse în limitele 0,20,3 V pentru diodele cu germaniu şi 0,60,7 V pentru diodele cu siliciu.

b) Caracteristica inversăDiodele sunt parcurse de curenţi foarte mici (de ordinul microamperilor sau nanoamperilor). La creşterea

tensiunii inverse, curentul invers creşte semnificativ până la o anumită valoare a tensiunii aplicate diodei (al treilea cadran fig.2.12).

16

Fig.2.12. Caracteristica statică a diodei semiconductoare

Pentru această tensiune (VBr – fig.2.12), chiar la variaţii mici ale tensiunii inverse aplicate diodei, curentul invers creşte rapid. Dacă această creştere a curentului invers nu este emitată sau limitată, dioda se poate distruge. Tensiunea la care apare acest fenomen se numeşte tensiune de străpungere.

Diode redresoareDiodele redresoare utilizează proprietatea joncţiunii p-n de a conduce un curent relativ mare în polaritate

directă şi un curent mic (neglijabil) în polaritate inversă şi sunt folosite pentru transformarea curentului alternativ în curent continuu. Pentru redresoarele alimentate la reţea, frecvenţa de lucru este de 50 Hz în timp ce pentru unele redresoare speciale, folosite de obicei pentru tensiuni înalte, aceste diode redresează tensiuni de frecvenţă mai ridicată, dar care nu depăşesc 2040kHz.

La fabricarea diodelor redresoare se folosesc Ge şi Si.Diode stabilizate (Zener)O diodă semiconductoare, care în regim invers de conducţie are o regiune a caracteristicii curent-tensiune în

care variaţia tensiunii nu depinde de curent şi poate fi utilizată în funcţionare îndelungată pe această porţiune a caracteristicii inverse, numită caracteristică de stabilizare, se numeşte diodă stabilizatoare sau diodă Zener.

Diodele stabilizatoare pot fi:- de uz general;- de precizie.

2.3.2. Tranzistoare cu joncţiuni (bipolare)

Tranzistoarele cu joncţiuni sunt realizate într-o plăcuţă monocristalină semiconductoare care prezintă două joncţiuni. Tranzistoarele cu joncţiuni pot fi de tip npn sau pnp (fig.2.13).

Fig.2.13. Simbolurile de circuit ale tranzistoarelor

Una dintre joncţiuni este puternic asimetrică din punct de vedere al dotării cu impurităţi adică n +p sau respectiv p+n (+ arată doparea puternică cu electroni respectiv cu goluri); această joncţiune se numeşte emitor-bază iar cealaltă joncţiune colector-bază.

Tranzistoarele bipolare se construiesc din Ge sau Si.Din punct de vedere al puterii disipate tranzistoarele pot fi:

- de mică putere (P 0,3W)- de medie putere (0,3P 5W)- de putere (P 5W).Din punct de vedere al frecvenţelor de funcţionare ele pot fi:- de joasă frecvenţă (f 30MHz)- de înaltă frecvenţă (30MHzf 300MHz)

17

- de foarte înaltă frecvenţă (f 300MHz).Structura unui tranzistor bipolar este prezentată în fig.2.14.

Fig.2.14. Structura unui tranzistor bipolar

La funcţionare normală joncţiunea emitor-bază se polarizează în sens direct, iar joncţiunea colector-bază se polarizează în sens invers. Concentraţia purtătorilor în emitor este mult mai mare decât concentraţia lor în bază. La aplicarea unei polarizări directe joncţiunii emitor-bază curentul prin aceasta în cazul unei structuri pnp, va fi determinat în esenţă de golurile care trec din emitor în bază; în bază n produce deci o injecţie de goluri. Cum baza este foarte subţire, numai o mică parte din goluri se va recombina cu electronii din bază; celelalte goluri trec trecând prin bază vor fi colectate de colector, proces favorizat şi de potenţialul aplicat acestuia. Apare un curent relativ intens în circuitul colectorului, cu toate că joncţiunea colector-bază este polarizată în sens invers. Variaţii mici ale tensiunii de polarizare a joncţiunii emitor-bază vor produce variaţii mari ale curentului din colector. Apariţia unui semnal electric în circuitul emitorului va conduce la apariţia unei variaţii corespunzătoare a curentului în circuitul colectorului şi deci la apariţia unei tensiuni variabile pe un rezistor intercalat în circuitul colectorului. Într-un astfel de tranzistor se obţine o amplificare a curentului şi a puterii. Factorul de amplificare a curentului poate atinge valori de ordinul 103.

Caracteristici staticeForma grafică a caracteristicilor statice cuprinde, de regulă, următoarele seturi de curbe:

a) caracteristicile de ieşire iC = iC(vCB).

Fig.2.15. Caracteristicile de ieşire Fig.2.16. Caracteristicile de ieşire pentru un tranzistor pnp pentru un tranzistor npn

b) caracteristici de intrare iE = iE(vEB).

Fig.2.17. Caracteristicile de intrare pentru un tranzistor pnp

18

c) caracteristici de transfer iC = iC(vBE). În fig.3.8 se reprezintă caracteristica de transfer şi de intrare a unui tranzistor npn în conexiune emitor comun.

Fig.2.18. Caracteristicile de transfer şi de intrare, pentru un tranzistor npn

Utilizări ale tranzistoarelor bipolare:- amplificatoare de c.c.;- amplificatoare de c.a.;- oscilatoare cu tranzistoare bipolare;- schimbătoare de frecvenţă;- circuite modulatoare;- circuite demodulatoare;- circuite de alimentare.

2.3.3. Tranzistoare cu efect de câmp (unipolare)

Tranzistoarele cu efect de câmp se bazează pe modificarea rezistenţei unui traseu semiconductor cu ajutorul unui câmp electric transversal faţă de direcţia de curgere a curentului. traseul rezistiv se numeşte canal, iar capetele traseului se numesc sursă (S) şi drenă (D). Câmpul electric de control (transversal) se obţine prin al treilea electrod, numit poartă (G). Există două categorii de tranzistoare cu efect de câmp.a.Tranzistoare cu efect de câmp cu poartă joncţiune (TEC-J), la care poarta este o regiune semiconductoare ce formează cu regiunea canalului o joncţiune p-n; această joncţiune se polarizează invers şi determină modificarea dimensiunilor geometrice ale canalului;b.Tranzistoare cu efect de câmp cu poartă izolată (TEC-MIS), la care poarta este izolată galvanic de canal; cel mai reprezentativ dispozitiv din această categorie este tranzistorul MOS (metal oxid semiconductor). Rolul porţii este de control asupra rezistivităţii canalului.

Tranzistoare cu efect de câmp cu poartă joncţiune (TEC-J)

În fig.2.19 se prezintă schema constructivă a unui TEC-J cu canal n. Electrozii sursă (S) şi drenă (D) constituie capetele canalului; poarta (G) este formată din regiunile p+, care delimitează canalul în interiorul semiconductorului cu care formează o joncţiune p+n.

19

Fig.2.19. Schema constructivă a TEC-J cu canal p

Simbolurile folosite pentru aceste tranzistoare – cu canal p sau n sunt prezentate în fig.2.20. Pentru tensiuni v DS

mici (sub 0,1...0,3 V), TEC-J prezintă între drenă şi sursă o caracteristică rezistivă (liniară) controlată de tensiunea aplicată pe poartă vGS. În acest caz caracteristicile sunt prezentate în fig.2.21. Pentru o anumită tensiune pe poartă V GS = VT (tensiunea de tăiere), curentul de drenă iD se anulează.

Fig.2.20.Simbolurile de circuit ale Fig.2.21.Regimul de rezistenţă controlatăTEC-J

a) canal p; b) canal n în tensiune al TEC-J

Caracteristicile statice de ieşire pentru orice tensiune vDS sunt prezentate în fig.2.22. Pe măsura creşterii tensiunii vDS, caracteristicile îşi pierd caracterul liniar. Pentru vDS vDSsat curentul de drenă se limitează, această zonă a caracteristicilor numindu-se regiunea de saturaţie. Pentru tensiunea V(BR)DS se obţine străpungerea dispozitivului.

Fig.2.22. Caracteristicile statice de ieşire Fig.2.23. Caracteristica de transfer ale TEC-J a TEC-J

Tranzistoare MOSPoarta tranzistorului MOS este metalică şi este separată de semiconductor de un strat subţire de bioxid de

siliciu (grosime tipică 0,10,7m) care au proprietăţi izolante foarte bune. Sursa şi drena au conductibilitate opusă faţă de traseul (substratul) în care se va crea canalul (fig.2.24.a). Simbolurile tranzistoarelor MOS se găsesc în fig.2.24.b şi c. pentru vGS = 0 nu apare canal, deci curentul de drenă este nul (iD = 0). Aceste tranzistoare se numesc tranzistoare MOS cu canal indus. Pentru o tensiune vGS VT (VT – tensiune de prag) suprafaţa semiconductorului îşi inversează tipul de conductibilitate, devenind de tip n şi stabilind un canal între sursă şi drenă. Pe măsura creşterii tensiunii vGS

concentraţia de electroni din canal creşte, scade rezistivitatea lui şi curentul de drenă creşte.

20

Fig.2.24. a) Structura constructivă a unui tranzistor MOS cu canal n indus;Simbolurile de circuit pentru tranzistoare MOS cu canal b) p şi c) n

Caracteristicile de ieşire (fig.2.25) au aceiaşi formă ca la TEC-J. Şi aici se întâlnesc regiunea cvasiliniară, regiunea de saturaţie şi străpungerea. Caracteristica de transfer în regiunea de saturaţie este prezentată în fig.2.26.

Fig.2.25.Caracteristicile statice de ieşire Fig.2.26.Caracteristica de transfer în regim ale tranzistorului MOS cu canal n de saturaţie a tranzistorului MOS

Unele tranzistoare MOS prezintă canal chiar în absenţa tensiunii de polarizare a porţii (vGS = 0). Aceste tranzistoare se numesc MOS cu canal iniţial. Simbolul unui tranzistor MOS cu canal iniţial de tip n şi caracteristica de transfer în regiunea de saturaţie sunt prezentate în fig.2.27. a şi b.

a. b.Fig.2.27. a) Simbolul unui tranzistor MOS cu canal n iniţial;

b) Caracteristica de transfer în saturaţie

2.3.4. Tranzistoare unijoncţiune

Tranzistorul unijoncţiune (TUJ) este o componentă semiconductoare cu trei terminale care prezintă o caracteristica de rezistenţă negativă, stabilă între terminalul de emitor E şi baza – unu B1 când între cele două baze ale sale se aplică o tensiune pozitivă.

În fig.2.28 se prezintă o secţiune printr-o secţiune de TUJ de tip bară şi simbolul de reprezentare al acestuia în schemele electronice.

21

Fig.2.28. Secţiune printr-un TUJa) structură bară; b) reprezentare simbolică

Rezistivitatea siliciului folosit la realizarea TUJ-ului este cuprinsă în limite relativ largi.Funcţionarea TUJ-ulu se bazează pe principiul modulării conductivităţii barei de siliciu între joncţiunea

emitorului şi baza B1. Între cele două baze se aplică o tensiune continuă (fig.2.29).

Fig.2.29. Mod de polarizare a TUJ Fig.2.30. Caracteristica statică IE = f(UE) a TUJ

Bara de siliciu se comportă ca un divizor de tensiune, astfel încât între baza B1 şi emitor apare o fracţiune din tensiunea UBB egală cu UBB; se numeşte raport intrinsec şi depinde de distanţele dintre emitor şi bazele B1 şi B2.

2.3.5. Tiristoare

Tiristorul este o componentă semiconductoare compusă dintr-o pastilă de siliciu în care sunt realizate patru straturi alternative de tip p şi de tip n. Aceste straturi formează trei joncţiuni J1, J2 şi J3 (fig.2.31).

22

Fig.2.31. a) Schema de principiu a unei structuri de tiristor;b) reprezentarea în scheme; c) forma constructivă

Conexiunile anodului şi catodului sunt realizate pe straturile exterioare ale structurii, în timp ce conexiunea de poartă este legată la unul din straturile intermediare.

În fig.2.32 se prezintă o variantă constructivă a structurii unui rezistor.

Fig.2.32 Structuri de tiristoare

La polarizarea inversă, catodul este pozitiv faţă de anod şi joncţiunile J1 şi J3 sunt polarizate invers; tiristoarele se comportă ca o diodă polarizată invers şi nu lasă să treacă prin el decât un curent foarte mic, curentul rezidual. Caracteristica I-U este similară cu cea a unei diode.

La polarizarea directă, tensiunea anod-catod este pozitivă, joncţiunile J1 şi J3 sunt polarizate direct, iar joncţiunea J2 invers (fig.2.33).

Fig.2.33. Caracteristica I – U a tiristoarelor

23

În fig.2.33 este prezentată caracteristica I-U a tiristoarelor. Porţiunea OA a caracteristicii (U UBO) corespund stării blocate în direct, tiristorului şi curentul care trece prin el este egal cu curentul de saturaţie a joncţiunii J 2 polarizată invers. În apropierea lui A apare străpungerea prin avalanşă a joncţiunii J2 polarizată invers. Apariţia străpungerii prin avalanşă în joncţiunea J2 conduce la creşterea bruscă a curentului prin dispozitiv şi punctul A de funcţionare se mută în B. Pe porţiunea AB dispozitivul prezintă o rezistenţă diferenţială negativă şi punctul de funcţionare pe această porţiune are o poziţie instabilă.. Tensiunea pe tiristor în acest caz va fii de 1-2 V. La diverse tensiuni de comandă pe poartă, pe măsură ce această tensiune creşte, tensiunea de comutare a tiristorului scade.

Tensiunea UBO numită şi tensiune de întoarcere este valoarea tensiunii pozitive aplicate pe anod care provoacă conducţia tiristorului, circuitul pe poartă fiind deschis. Tensiunea inversă în stare de blocare UR este valoarea tensiunii aplicate tiristorului care se află în stare blocată în invers care nu trebuie depăşită deoarece tiristorul se distruge. Curentul de menţinere IH este valoarea curentului direct sub care tiristorul nu mai poate să rămână în conducţie (cu valori între 1...1000 mA, în funcţie de curentul tiristorului) IH scade cu creşterea temperaturii.

În practică, se utilizează diverse circuite de protecţie care limitează semnalele aplicate pe poartă la valori inferioare valorilor maxime indicate.

Montajele de amorsare a tiristoarelor se clasifică în:- montaje de comandă în c.c.;- montaje de comandă în c.a.;- montaje de comandă în impulsuri.

2.3.7. Circuite integrate

Circuitele integrate se deosebesc de circuitele electronice discrete prin aceea că elementele lor componente, atât cele pasive, cât şi cele semiconductoare, se execută pe un acelaşi suport.

Principalele criterii de clasificare a circuitelor integrate semiconductoare sunt: gradul de integrare, funcţia în circuite, tehnologia de realizare şi viteza de răspuns.

În funcţie de numărul de componente pe cip circuitele integrate se clasifică în:- CI cu nivel mic de integrare ( 100 elemente);- CI pe scară medie (1001000 elemente);- CI pe scară largă (100010000 elemente);- CI pe scară foarte largă ( 10000 elemente).Din punct de vedere funcţional CI se clasifică în:- circuite integrate digitale (logice) care prelucrează semnale binare pentru realizarea unor funcţii logice;- circuite integrate liniare (analogice) care prelucrează sau generează continuu pentru realizarea unor funcţii de amplificare modulare sau demodulare, etc.După viteza de răspuns, CI se clasifică în:- CI de mare viteză sau ultrarapide (t 5 ns);- CI de mare viteză (510 ns);- CI de viteză medie (1050 ns);- CI lente ( 50 ns).

Circuite integrate logiceCircuitele integrate logice se caracterizează prin aceea că tensiunile lor, de intrare sau de ieşire, nu pot avea

decât două valori care se prezintă convenţional printr-un 0 sau printr-un 1.Se împart în circuite logice:

- combinaţionale;- secvenţiale.Circuitele convenţionale se caracterizează prin aceea că semnalele la bornele lor de ieşire la un moment dat depind numai de semnalele aplicate în acelaşi moment la bornele lor de intrare.Exemple de circuite combinaţionale sunt porţile logice care îndeplinesc funcţii de bază: SI, NU, SAU, SI-NU, SAU-NU, SAU-EXCLUSIV.Circuitele secvenţiale sunt circuite ale căror semnal la ieşire la un moment dat depinde atât de semnalele aplicate în acelaşi moment la bornele lor de intrare, cât şi semnalele aplicate la momentele de timp anterioare. Exemple de circuite secvenţiale: circuite basculante, registrele, numărătoarele etc.

Circuite integrate liniareAmplificatorul operaţional este cel mai răspândit circuit integrat liniar. Iniţial a fost utilizat la realizarea

analogică a unor operaţii matematice (adunare, scădere, integrare, etc.) ceea ce i-a dat denumirea. În variantă integrată, amplificatoarele operaţionale pot înlocui orice amplificator de joasă frecvenţă.

24

Amplificatorul operaţional este un amplificator diferenţial de tensiune. Amplificatorul operaţional ideal trebuie să aibă o amplificare în tensiune infinită, impedanţa de intrare infinită şi impedanţa de ieşire nulă. La aceste caracteristici se adaugă o bandă de frecvenţe infinită, tensiunea de intrare de decalaj nulă, performanţele să nu fie influenţate de temperatură şi de variaţiile surselor de alimentare.

Domeniul tensiunilor de intrare este de obicei limitat la 12V, iar pentru sursele de alimentare de 15V.Există peste 100 de tipuri de A.O. integrate pentru diferite aplicaţii (de uz general, de precizie, de putere mică,

de zgomot mic, de bandă largă etc.).

2.3.8. Dispozitive de afişarePentru a converti datele electrice în diferite feluri de afişaje digitale sunt folosite cinci tehnologii principale:

afişaje incandescente, tuburi fluorescente, dispozitive cu descărcare în gaz, diode electroluminiscente, afişaje cu cristale lichide.

Spectrul de emisie trebuie să se încadreze în domeniul lungimilor de undă ale radiaţiei vizibile: 380nm (ultraviolet) până la 770nm (infraroşu).

Viteza de comutare este diferită în funcţie de tehnologia de realizare de la sute de ms (cristale lichide) până la zeci de ns (afişaje electroluminiscente).

Fig.3.24. Schema bloc generală a unui sistem de afişare

Constructiv, dispozitivele de afişare se prezintă sub forma de afişor individual cu un singur segment (punctiform, dreptunghiular etc.) sau sub formă de afişor cu mai multe segmente formând un caracter (digit) în aceeaşi capsulă sau mai multe caractere în aceiaşi capsulă.

În cazul utilizării mai multor afişoare, în loc de a le comanda simultan pe fiecare, în c.c., se poate folosi tehnica multiplexării, adică afişoarele să fie alimentate în impulsuri, cu viteză mare de baleiere şi factor de umplere mic. Multiplexarea este avantajoasă pentru mai mult de patru digiţi.

Afişajele cu incandescenţă sunt cele mai vechi indicatoare şi emit lumina prin încălzirea unui filament cu incandescenţă. Au un consum ridicat comparativ cu alte afişaje. Poate fi obţinută o intensitate luminoasă mare şi funcţionează într-o gamă mare de tensiuni şi curenţi. Deoarece se folosesc lămpi cu incandescenţă durata de funcţionare este limitată.

Afişajele fluorescente sunt în principiu tuburi vidate, diode sau triode, în care anozii formează un caracter vizibil din 7 segmente. Fiecare segment este acoperit cu un material fluorescent. Consumă puţin curent, au eficienţă luminoasă mare şi un timp de funcţionare relativ mic.

Afişaje cu descărcare în gaz, numite şi cu catod rece se bazează pe radiaţia produsă de ionizarea din jurul catodului. Tubul conţine un amestec de neon şi alte gaze care produc o radiaţie portocalie roşiatică. Cele mai vechi tuburi cu descărcare în gaz sunt tuburile NIXIE care au în interior 10 catozi corespunzători celor 10 cifre, aflate în planuri diferite, paralele. Tensiunea de alimentare este ridicată, dificultăţi de multiplexare, citirea cifrelor în planuri diferite.

Afişajele electroluminescente se bazează pe fenomenul de electroluminescenţă care apar în solide la o joncţiune p-n, în momentul aplicării unui câmp electric exterior.

Avantajele LED-urilor (diodă electroluminescentă) sunt: tensiuni şi curenţi mici de funcţionare, timpi de comutare mici (zeci de ns) timp îndelungat de funcţionare, rezistenţă la şocuri mecanice. Dezavantaje: distrugerea joncţiunii la supracurent sau supratensiune.

Dispozitivele de afişare cu diode electroluminescente pot fi de mai multe feluri:- afişaje hibride cu şapte segmente;- afişaje monolitice cu lupă pentru mărirea cifrei;- afişaje alfanumerice cu matrice de puncte.Dimensiunile pot fi variate, de la un singur digit (caracter-alfa numeric) până la afişaje montate pe cablaje imprimate care conţin 40 de digiţi.

Afişajele cu cristale lichide. Cristalul lichid este un lichid anizotrop aflat într-o stare intermediară între starea solidă şi cea lichidă. Comanda afişajelor cu cristale lichide se face în c.a. (25 Hz...1kHz) între electrodul comun şi segmente sau cu impulsuri dreptunghiulare. Pot fi comandate în circuite MOS pentru că au puterea mică. Răspunsul optic al afişajului cu cristale lichide este în funcţie de tensiunea aplicată.

25

3. Echipamentul electric al autovehiculelor

3.1. Bateriile de acumulatoare

3.1.1. Generalităţi

Bateriile de acumulatoare sunt pile electrice reversibile, care au proprietatea de a înmagazina energia electrică prin transformarea ei în energie chimică şi reciproc. Bateriile de acumulatoare, numite pe scurt baterii sau acumulatoare, sunt formate din elemen1e (celule) de acumulatoare care pot fi conectate în serie (pentru mărirea tensiunii), în paralel (pentru mărirea intensităţii) sau mixt (pentru mărirea tensiunii şi intensităţii).

Bateriile utilizate pe automobile servesc ca sursă de energie electrică, fiind conectate în paralel cu dinamurile sau alternatoarele. Bateriile de acumulatoare îndeplinesc următoarele funcţii: alimentează demarorul şi sistemul de aprindere la pornire şi alimentează restul receptoarelor şi consumatorilor electrici când motorul nu funcţionează; de asemenea, ele preiau vârfurile de sarcină, când puterea cerută de consumatori depăşeşte puterea pe care o poate da generatorul, având rolu1 unui rezervor de energie e1ectrică care alimentează pentru scurt timp recep toarele electrice ajutând generatoru1 în condiţii grele de lucru.

În afara de acestea, acumu1atoare1e de pe automobile contribuie la menţinerea unei tensiuni constante a instalaţiei electrice, 1a variaţia vitezei şi sarcinii generatorului.

Bateriile pentru automobile trebuie să aibă o rezistenţă internă, volum şi greutate specifică (raportată la capacitate) cât mai mică şi o durată de funcţionare cât mai mare. Cea mai largă răspândire o au acumulatoarele acide cu plăci de plumb.

3.1.2. Descărcarea şi încărcarea acumulatoarelor acide cu plăci de plumb

Acumulatoarele acide sunt formate dintr-o cuvă în care se introduc grupurile de plăci (electrozi) pozitive şi negative executate din grătare de plumb umplute cu materie (pastă) activă şi elec trolitul format din soluţie de acid sulfuric în apă distilată. În stare iniţială, plăcile pozitive au pasta activă formată din peroxid de plumb (PbO 2), iar cele negative din plumb spongios (Pb). Bateriile neformate trebuie umplute cu electrolit şi puse imediat la încărcare pentru formare electrochimicii şi omogenizare.

Procesul de descărcare (fig.3.1) se produce dacă la bornele exterioare ale elementului respectiv al celor două grupuri de plăci se racordează o rezistenţă (bec). În interiorul elementului ia naştere un curent electric având sensul de la plăcile negative la plăcile pozitive prin dizolvarea acidului sulfuric în apă distilată, moleculele acidului sulfuric (H2S04) se disociaza, respectiv se descompun în ioni de hidrogen (H2) încărcaţi cu sarcini pozitive şi ioni de radical acid (SO4 încărcaţi cu sarcini negative. La trecerea curentului electric - în sensul indicat mai sus - ionii pozitivi de hidrogen (H2) sunt transportaţi la placa pozitivă, unde intră în combinaţie cu peroxidul de plumb şi acidul sul furic, iar ionii negativi de radical acid (SO4) sunt transportaţi la placa negativă, unde reacţionează cu plumbul metalic.

Fig.3.1. Procesul de descărcare a bateriei de acumulatoare

Procesul de descărcare este un proces în care la ambii electrozi atât pasta activă cât şi acidul sulfuric se consumă. Ca urmare, concentraţia electrolitului scade, tensiunea electrică pe element scade, iar rezistenţa electrică interioară

26

creşte. Procesul de sulfatare a plăcilor (acoperirea lor cu sulfat de plumb cristalin rău conducator de electricitate), este cu atât mai intens cu cât elementul este mai descărcat şi invers. Limita inferioară de descărcare pe element este de 1,75 V.

Fig.3.2. Procesul de încărcare a bateriei de acumulatoare

Procesul de încărcare (fig.3.2) are loc dacă la bornele elementului se aplică o tensiune electrică de polaritate corespunzătoare. La trecerea curentului electric prin electrolit, de la plăcile pozitive la cele negative, soluţia de acid sulfuric disociată se descompune în ioni pozitivi de hidrogen (H2) care sunt atraşi de placa negativă în ioni negativi de radicalul acid (SO4) care se deplasează la placa pozitivă.

În timpul procesului de încărcare are loc transformarea apei şi a sulfatului de plumb (substanţă dăunătoare) în: plumb, care se depune pe plăcile negative; peroxid de plumb, care se depune pe plăcile pozitive şi acid sulfuric care face să crească densitatea electrolitului; substanţele rezultate în urma procesului de încărcare regenerează atât materia activă de pe plăci cât şi densitatea electrolitului. Concentraţia electrolitului creşte, tensiunea electrică pe element creşte, iar rezistenţa electrică interioară devine minima.

Valoarea nominală a tensiunii unui element de acumulator cu plumb este de 2 V, astfel că bateria de 6 V cuprinde trei elemente, iar o baterie de 12 V cuprinde şase elemente conectate în serie.

Acumulatoarele cu plumb prezintă avantaje, în special datorită faptului că au o rezistenţă interioară scăzuta, ceea ce face să fie utilizate la pornirea electrică a motoarelor; în schimb, ele au şi o serie de dezavan taje, întrucât prezintă o rezistenţă mecanică scăzută şi o durată de viaţă relativ mică.

3.1.3. Caracteristicile de funcţionare ale bateriilor de acumulatoare cu plumb

Caracteristicile principale de funcţionare ale bateriilor sunt: - Tensiunea electromotoare în gol Uo, exprimată în volţi, este tensiunea la bornele elementului când prin aceasta nu trece curent (de încărcare sau descărcare). Ea depinde de masa pastei active, densitatea electrolitului (g/cm3) la tem-peratura de 15°C.

Bateriile de acumulatoare pentru automobile, la care în general este cuprins între 1,12 şi 1,29 (g/cm3) au o tensiune în gol cuprinsă între 1,96 şi 2,13 V.

- Tensiunea la bornele elementelor bateriei Ub este variabilă datorită căderilor de tensiune pe rezistenţele interioare R, ale acestora. Rezistenţa interioară a unui element este foarte mică fiind formată din rezistenţa electrolitului (circa 50%), separatorilor (20%) şi plăcilor (30%).

- Caracteristicile de descărcare şi încărcare ale acumulatorului la curent constant. Aceste caracteristici arată valoarea tensiunii electromotoare la borne în funcţie de timp, pentru un curent constant. Valorile curenţilor de încărcare, respectiv de descărcare, se stabilesc în funcţie de capacitatea acumulatorului.

În situaţia când nu se indică valoarea curentului de încărcare, acesta se ia egal cu Ii =0,05C20b [A], iar temperatura cuprinsă între 15 şi 40°C. Descărcarea este norma1ă dacă se face 1a aceiaşi curenţi şi temperaturi ca 1a încărcare.

27

- Caracteristica de descărcare (fig.3.3.a) se determină sub curent constant, cu acumulatorul comp1et încărcat, având ten-siunea e1ectromotoare Uo = 2,12 V (pe element). Scade la început rapid la 1,95-2 V, apoi lent la 1,8 V, unde se menţine aproape constant, în timp ce densitatea scade practic linear în funcţie de timp. La sfârşit, când acumulatorul este descărcat, tensiunea la borne scade brusc la 1,7 V şi apoi spre zero.

Fig.3.3. Caracteristicile de descărcare (a) şi încărcare (b) ale bateriei de acumulatoare

- Caracteristica de încărcare (fig.3.3.b) se determină în mod asemănător. Tensiunea la borne Ub, care iniţial are o valoare apropiată de tensiunea electromotoare U0 = 1,96 V, creşte la început rapid la 2-2,2 V, apoi lent până la 2,3 V. La sfârşitul încărcării tensiunea la borne creşte brusc la 2,7-2,8 V, reacţiile chimice normale iau sfârşit şi dacă se continuă încărcarea, trecerea curentului provoacă reacţii electrochimice secundare care consuma inutil energie şi produc descompunerea apei sub forma de bule de gaz (fierberea electrolitului).

- Capacitate a bateriilor de acumulatoare C reprezintă cantitatea de sarcini electrice măsurata convenţional prin produsul dintre curentul (de descărcare Id sau încărcare Ii), în amperi şi timpul t, în ore, într-un regim anume determinat.

Ci = Ii·ti [Ah], (3.1)Cd = Id·td [Ah] (3.2)

Capacitatea bateriilor depinde de cantitatea de masa activă a plăcilor şi de numărul lor.

- Capacitatea nominală C20h reprezintă produsul între va1orile standard ale curentului, în amperi, şi timpului, în ore. Capacitatea nominală C20h se obţine pentru un curent constant Id=0,05C20h, care trebuie să descarce bateria în timpu1 td=20 h până 1a tensiunea de 1,75 V pe element, la temperatura de referinţă a e1ectrolitului de 25°C.

- Curentul de încărcare reprezintă curentu1 pe care o baterie nouă încărcată în prea1abil poate să-l absoarbă după ce a fost descărcată timp de 5 h cu un curent I=0,1· C20h [A].

- Randamentul bateriei de acumulatoare reprezintă raportu1 dintre cantitatea de e1ectricitate cedată în timpu1 descărcării faţă de cea primita în timpu1 încărcării.

- Durata de funcţionare a acumulatorului este limitată de distrugerea progresivă a plăcilor pozitive şi de grosimea mică a plăcilor, care sunt mai puţin rezistente decât plăcile negative. Durata de funcţionare se defineşte prin numărul de cicluri încărcare-descărcare până la care capacitatea scade la 60-70% din cea nominală. Ea ajunge la circa 250 pentru plăcile pozitive şi circa 300 cicluri pentru plăcile negative.

3.1.4. Construcţia bateriei de acumulatoare cu plumb

Bateria de acumulatoare este formată din bacul sau monoblocul 7 (fig.3.4), executat din ebonită, amestecuri bituminoase, materiale plastice şi compartimentat prin pereţi despărţitori etanşi, formând trei sau şase secţii sau elemenţi, fiecare element constituind un acumulator având o tensiune nominală medie de 2 V. Legarea elemenţilor se face în serie. Fiecare element este format dintr-un semibloc de plăci pozitive şi un semibloc de plăci negative care se montează intercalat.

Alveolele grătarului se umplu cu o masă poroasă activă. Pasta activă negativă este formată din plumb spongios iar pasta pozitivă - din oxizi de plumb.

28

Fig.3.4. Acumulator electric - construcţie

Formarea plăcilor constă dintr-un proces electrochimic de încărcare în băi cu soluţii de acid sulfuric, în care se obţine bioxid de plumb 1a plăcile pozitive şi plumb spongios la plăcile negative. Curentul de încărcare pentru formare este de 0,75 -1,5 A cu o durată de 40-50 ore.

Plăcile de aceeaişi polarite, prin intermediul urechilor se sudează la pieptenele, format din pivotul bornei 6 şi puntea 5.

În cadrul blocului de plăci, plăcile pozitive se izolează de ce1e negative prin intermediul unor plăci separatoare cu nervuri verticale, poroase şi subţiri 3 din materiale sintetice.

Partea superioară a corpu1ui elementu1ui este acoperită cu un capac din ebonită prevăzut cu două orificii latera1e pentru bornele 12 şi 14 şi un orificiu central filetat 9, cu buşon cu orificiu de aerisire şi garnitura de etanşare, pentru umplerea şi controlul nivelului electrolitului. Orificiile laterale sunt prevăzute cu bucşe speciale de plumb 11, de care se sudează pivotul semiblocului de plăci şi puntea de legătură 13, a e1emenţilor bateriei de acumulatoare.

Capacele 8 ale elemenţilor şi punţilor de legătură se acoperă cu mastic special, rezistent la acţiunea acidului şi care asigură o bună etanşare a secţiilor bateriei şi protejează punţile de legătură împotriva deteriorarii, corodarii sau scurtcircuitării. Fundul bacului este prevăzut cu nervuri, pe care se sprijină plăcile.

Bornele au forma tronconica, sunt normalizate ca dimensiuni şi sunt marcate din turnare cu semnele plus şi minus. Diametrul bornei pozitive este mai mare (17,4 mm) decât al celei negative (15,8 mm).

Bateria de acumu1atoare se umple cu o cantitate de 3,8-5 1 electrolit, în funcţie de capacitatea acesteia. Densitatea electrolitului bateriei complet încărcate 1a temperatura de +25°C trebuie să fie de 1,28 g/cm 3 iarna şi 1,22 g/cm3 vara.

3.2. Alternatoare

3.2.1. Generalităţi

Alternatoarele pentru automobile sunt generatoare sincrone prevăzute cu redresoare statice, care folosesc de obicei diode cu siliciu, şi ca urmare nu mai necesită colectoare cu lamele ca în cazul dinamurilor. Ele au rolul de a alimenta cu curent electric consumatorii, cât şi a încărca bateria de acumulatoare. Reprezentarea convenţională a alternatoarelor este arătată în fig.3.5.

29

Fig.3.5. Moduri de reprezentare a alternatoarelor: D+ sau B+ borna pozitivă; D- borna negativă; DF sau DF(67) borna de excitaţie; Bx înfăşurarea de excitaţie a rotorului; f înfăşurările trifazate ale statorului; D1,2,3 diode de

putere pozitive; D4,5,6 diode de putere negative

Alternatoarele au o construcţie şi întreţinere mai simplă, mai robustă, defectele sunt mai puţin frecvente şi au o durată de viaţă mai mare decât a dinamurilor. În comparaţie cu dinamurile de aeeeaşi putere, alternatoarele sunt mai scurte şi au diametre mai mari.

Dezavantajele alternatoarelor constă în numărul relativ mare de diode redresoare (6-9 bucăţi) şi prin faptul că pot fi scoase din funcţiune în cazul străpungerii prin suprasolicitare, în situaţia conectării greşite.

În general, alternatoarele pentru automobile se construiesc cu indusul în stator şi inductorul în rotor. Inductorul poate fi cu excitaţie electromagnetică sau cu magnet permanent. La construcţiile cu magneţi permanenţi (executaţi din aliaje dure şi casante), datorită absenţei înfăşurării de excitaţie şi a inelelor colectoare apar dificultăţi legate de reglarea tensiunii.

La rândul lor, alternatoarele cu ecitaţie electromagnetică se împart în alternatoare cu inele colectoare şi fără inele colectoare. Soluţia alternatoarelor cu excitaţie electromagnetică fără inele colectoare, cu două întrefieruri cu înfăşurările inductorului plasate în stator, alături de cele ale indusului este neeconamică.

În ceea ce priveşte inelele colectoare, de abicei se uti1izează tipul radial, dar în anumite cazuri, pentru protejarea colectorului împotriva pătrunderii prafului se utilizează inele de tipul frontal. În general, numărul de inele colectoare sunt două şi mai rar cu trei, aceasta în situaţia când excitaţia este fracţionată.

În prezent, construcţia cea mai răspândită este cea a alternatoarelor cu excitaţie electromagnetică cu două inele colectoare, având polii inductorului sub forma de gheare. La acest tip, înfăşurarea de excitaţie se compune dintr-o singură bobină aşezată concentric pe miezul rotorului, ceea ce permite o construcţie simplă şi economică. Datorită polilor în formă de gheare şi a suprafeţelor trapezoidale ale tălpilor acestora se obţine o formă convenabilă a curbelor tensiunilor electromotoare induse de alternator, cât mai aprapiate de forma sinusoidală.

În ceea ce priveşte înfăşurările trifazate ale statorului acestea pot fi legate în stea (fig.3.6.a) sau triunghi (fig.3.6.b). Legarea în stea se foloseşte, în general, la alternatoarele de mică şi medie putere pentru autoturisme şi autocamioane, pe când legarea în triunghi la alternatoarele de putere şi intensitate mare în special pentru autobuze.

Fig.3.6. Legarea în stea şi triunghi a înfăşurorilor trifazate ale statorului alternatorului

3.2.2. Scheme de conectare ale excitaţiei alternatoarelor Schemele de conectare a înfăşurării excitaţiei a alternatoare1or trebuie să asigure întreruperea alimentării

excitaţiei în timpul opririi motorului şi să permită alimentarea de 1a baterie a excitaţiei în timpul mersului, direct sau prin intermediul unei rezistenţe, bec, diode redresoare sau releu.

30

Fig.3.7. Scheme de conectare ale înfăşurării de excitaţie ale alternatoarelor

În fig.3.7.a este prezentată schema de separare a excitaţiei alternatorului, .de baterie prin intermediul comutatorului cheii de contact K. Acest sistem simplu şi economic se aplică la autovehiculele R-12, DACIA-1300, etc. El prezintă dezavantajul că în cazul în care se uită contactul, în timp ce motorul este oprit, acesta conduce la descărcarea bateriei prin regulatorul de tensiune RT cu un curent egal cu curentul total de excitaţie.

În fig.3.7.b este prezentată schema de conectare cu releu conjunctor-disjunctor pentru excitaţie, RCD. Releul conjunctor-disjunctor acţionează numai asupra excitaţiei şi este alimentat de la una din înfăşurările indusului. Cât timp este conectat comutatorul cheii de contact, alimentarea înfăşurării de excitaţie de la baterie se face prin intermediul rezistenţei de amorsare sau becului de control LC.

În fig.3.7.c este prezentată schema alimentării înfăşurării de excitaţie prin trei diode auxiliare sau de autoexcitaţie D 7, 8, 9 conectate la înfăşurările de curent alternativ. Alimentarea excitaţiei la pornire se face prin becul de control LC sau rezistenţa de amorsare. Avantajul schemei constă în eliminarea releului conjunctor-disjunctor pentru excitaţie şi deficienţele legate de prezenţa contactelor acestuia.

În fig.3.7.d este prezentată schema de separare a excitaţiei printr-o diodă de separare D conectată între alternator şi baterie, având în paralel o rezistenţă de morsare. Dioda de separare este de putere mare trebuind să suporte întregul curent a1 alternatorului. Schema prezintă avantajul că protejează indusul în cazul defectării diodelor din punte.

În fig.3.7.e înfăşurarea de excitaţie a releului de indicare încărcare baterie RB, este alimentat de la borna neutră a alternatorului şi întrerupe circuitul de alimentare al becului de semnalizare LC îndată ce tensiunea alternatorului depăşeşte o anumită valoare.

3.2.3. Construcţia alternatoarelor

Se prezintă alternatorul tip 1111 care echipeaza autoturismele ARO şi DACIA-1300.

31

Alternatorul este un generator sincron de curent trifazat, cu excitaţie electromagnetică, Se caracterizează prin următorii parametri funcţionali: puterea maximă 500 W, tensiunea nominală 14 V, turaţia iniţială de debitare 950 rot/min, valoarea curentului maxim debitat în regim stabilizat 36 A, turaţia maximă în regim continuu 10 000 rot/min, limitele temperaturii ambiante -40°C la + 80°C.

Este format din următoarele subansamble (fig.3.8): Statorul 1 este confecţionat dintr-un pachet de tole de oţel electrotehnic de formă inelară, izolate cu lac şi

îmbinate prin sudura. În interior sunt practicate 36 crestături, în care se introduce înfăşurarea trifazată. Fiecare fază este formată din 12 bobine a câte 12 spire fiecare. Începuturile de fază se racordează la grupul de redresare 6, 7 şi 8, iar sfârşiturile se leagă împreuna şi se izolează, şi formează centrul stelei (punctul) neutru, care rămâne nefolosit.

Rotorul 12 creează câmpul electromagnetic inductor prin intermediul celor şase perechi de poli 13 în formă de gheară şi înfăşurarea de excitaţie fixată pe o bucşă de oţel şi alimentată prin cele două inele colectoare radiale 11, confecţionate din cupru, izolate între ele, cât şi faţă de arborele rotorului, cu ajutorul masei plastice; arborele rotorului se sprijină în scuturile 4 şi 10 prin intermediul a doi rulmenţi cu bile. La capătul anterior al arborelui se fixează, prin presare, ventilatorul 2 şi fulia de antrenare 3, fiind asigurate cu o pană semirotundă şi o piuliţă cu şaibă.

Fig.3.8. Alternatorul tip 1111

Periile confecţionate din grafit sunt fixate într-un suport din material plastic; prin intermediul se alimentează înfăşurarea de excitaţie a rotorului; una din perii este legată la masă, iar cealaltă perie se racordează la borna de excitaţie "DF". Apăsarea periilor pe cele două inele colectoare se realizează cu ajutorul a două arcuri elicoidale, prevăzute în interior cu un conductor multifilar.

Scuturile 4 şi 10, confecţionate din aliaj de aluminiu, servesc pentru sprijinirea arborelui rotorului; în scutul posterior 10 se montează suportul periilor şi grupul de şase diode redresoare 6, 7 şi 8. În corpul scutului 10 sunt practicate orificii pentru aerisire, iar pentru acces la perii, 1a partea superioară, este prevăzut cu capacul 9 din material plastic. Scutul anterior 4 este prevăzut cu doi umeri cu orificii pentru fixarea alternatorului de motor.

Grupul de redresare al curentului alternativ în curent continuu este format din şase diode semiconductoare, cu siliciu, legate în punte: trei diode au corpul de polaritate pozitivă (RA 220 în roşu) şi trei diode au corpul de polaritate negativă ( RA 220 în negru) sunt presate în radiatoarele 8 şi respediv 6; radiatoarele sunt confecţionate din aliaj de aluminiu şi sunt prevăzute cu aripioare de răcire şi cu cele două orificii pentru cele două şuruburi de fixare ale radiatoarelor între e1e, cât şi de scutul posterior 10. Şurubul cu diametrul de 6 mm formează borna pozitivă a alternatorului şi este marcată cu simbo1ul "B+" sau "D+". Această bornă se racordează la borna ,,+’’ a bateriei. Şurubul cu diametrul de 5 mm formează borna negativă a alternataru1ui, este marcată cu simbolul "D-" şi se racordează 1a "masa" autoturismului.

3.3. Relee regulatoare de tensiune

32

3.3.1. Generalităţi

Funcţionarea generatoarelor, împreună cu bateriile de acumulatoare şi cu consumatorii electrici ai autovehiculelor, impune respectarea anumitor condiţii privind asigurarea unei tensiuni constante, limitarea creşterii curenţilor peste o anumită valoare cât şi asigurarea unei conectări/deconectări automate a generatorului de baterie.

Deoarece tensiunea livrată de generatoare depinde atât de turaţie cât şi de sarcină, este necesar ca alături de generator să se introducă un releu regulator de tensiune. El are rolul de a menţine tensiunea genera torului la o valoare practic constantă. Asigurarea unei tensiuni constante în anumite limite este necesară pentru a nu se supraîncărca bateriile de acumulatoare. Variaţiile mari ale tensiunii de alimentare sunt dăunătoare consumatorilor şi în special becurilor cu filament incandescent.

Releele regulatoare pentru alternatoare sunt mai simple decât relee1e pentru dinamuri, deoarece ele cuprind de obicei numai elementele regulatoare de tensiune. Condiţiile de funcţionare ale acestora sunt mai grele decât în cazul dinamurilor, deoarece circuitele de excitaţie ale alternatoarelor sunt mai inductive.

Alternatoarele, prin construcţia lor, au proprietatea de autolimitare a curentului, în sensul că ele prezintă o caracteristică I = f(n), pentru U = constant, cu palier în domeniul sarcinii maxime (fig.3.9).

Fig.3.9. Curba curentului debitat de alternator în regim termic stabilizat şi tensiunea constatntă de 14 V

Datorită prezenţei punţii redresoare, alternatoarele nu mai au nevoie de relee conjunctor-disjunctor (de conectare-deconectare automată a generatorului de baterie), decât cel mult pentru deconectarea circuitului de excitaţie la pornire.

3.3.2. Relee regulatoare de tensiune cu contacte vibratoare

Releele regulatoare cu contacte vibratoare pentru alternatoare sunt releele regulatoare cu un singur element de tensiune (electromagnet) cu două trepte de funcţionare, respectiv două perechi de contacte, pentru a putea funcţiona într-o gamă largă de turaţii şi curenţi.

Regulatorul de tensiune tip 1410 care echipează autoturismele DACIA-1300, ARO-240, etc. (fig.3.10.a şi fig.3.11.a) are drept componente principale: electromagnetul cu miezul magnetic şi înfăşurarea de tensiune (denumită înfăşurare de excitaţie) 1, armătura mobilă cu contactele mobile şi arcul 2, suporturile cu contacte fixe 3.

33

Fig.3.10. Scheme electrice cu relee regulatoare de tensiune cu contacte vibratoare

În afară de rezistenţa de reglaj Rr conectată între borna principală ,,+’’sau ,,D+’’ şi borna de excitaţie ,,DF’’, releul mai cuprinde o rezistenţă de stingere Rs, conectată în paralel cu înfăşurarea de excitaţie, care are rolul de a micşora supratensiunile ce apar datorită variaţiei curentului de excitaţie în momentul deschiderii contactelor. În serie cu înfăşurarea de tensiune a releului, se introduce rezistenţa de compensare termică RCT, cu coeficient de temperatură al rezistivităţii negative, pentru a se obţine compensarea influenţei temperaturii asupra reglării. Între contactul fix (de masă 3) al treptei a doua şi masă, se conectează rezistenţa de protecţie Rp, sub forma unui fir calibrat, care are rol de protecţie în cazu1 unei conectări greşite. Releul 1410 este de tipul cu arcuri lamelare şi armătura mobilă îndoită la 90 0 în formă de L. Poziţia celor două contacte fixe se poate regla precis cu ajutorul unor şuruburi de reg1aj 4 (fig.3.11.a), iar tensiunea arcurilor se poate modifica cu ajutorul unui suport reglabil sub forma de camă 5. În fig.3.11.b este prezentată schema legăturilor electrice 1a autoturismele DACIA-1300.

34

Fig.3.11. Schema regulatorului de tensiune 1410 (a) şi schema legăturilor electrice la autoturism (b): A – alternator; B – baterie de acumulatoare; K – comutator cu cheie de contact; D – demaror; RT – regulator de tensiune; V – voltmetru

termic

Releele regulatoare fabricate de firme1e FIAT, ca de exemplu releul tip P.P-380, (fig.3.10.b) sunt de tipul cu arc elicoidal cu armătură mobilă lamelară. Aceste relee nu au rezistenţă de absorbţie Rs şi rezistenţă de protecţie Rp, în schimb sunt prevăzute cu o înfăşurare auxiliară ,,S’’ conectată în circuitul de excitaţie, respectiv în serie cu rezistenţa de reglaj Rr. Ea are rolul de a diminua gradul de scânteiere între perechea superioară de contacte, respectiv micşorarea uzurii acestora cât şi atenuarea paraziţilor radiofonici.

Firma BOSCH fabrica relee pentru alternatoare atât în construcţie normală cât şi în construcţie antiparazitată (fig.3.11.c). Releele sunt de tipul cu arcuri lamelare şi armătură mobilă îndoită în formă de L, reglă rile efectuându-se prin îndoirea suporţilor pentru contacte, respectiv pentru arc. La construcţia antiparazitată se utilizează condensatoarele C1, C2 şi C3 şi rezistenţa R1. .

Alte firme, ca de exemplu firma DELCO-REMY, construiesc relee regulatoare cu mai mu1te elemente (fig.4.12.a), în sensul că în afara regulatorului de tensiune RT acestea mai conţin un releu conjunctor-disjunctor C-D, care stabileşte legătura între baterie şi circuitul de excitaţie al alternatorului. Înfăşurarea acestui releu este alimentată de la o fază a înfăşurărilor alternatorului. Înfăşurarea de excitaţie este pusă în legă tură cu bateria, pentru amorsare, numai când alternatorul depăşeşte o anumită tensiune, respectiv turaţie.

35

Fig.3.12. Scheme electrice de relee regulatoare de tensiune cu mai multe elemente

Firma PRESTOLYTE construieşte relee regulatoare cu mai multe trepte (fig.3.12.b) la care conjunctorul-disjunctor C-D protejează alternatorul împotriva unor conectări greşite la baterie. Astfel conjunctorul-disjunctor închide legătura între alternator şi baterie numai în situaţia când polaritatea bateriei coincide cu polaritatea alternatorului şi dacă tensiunea alternatorului este mai mare decât tensiunea bateriei. Amorsarea alternatorului se face prin intermediul becului de control LC.

În mod obişnuit releele electrice trebuie să funcţioneze fară defecţiuni întreaga perioada prevăzută. În anumite cazuri, se realizează curăţirea contactelor şi reglarea releului după minimum 500 h, respectiv 20 000-30 000 km.

3.4. Instalaţia de aprindere

3.4.1. Generalităţi

Instalaţia de aaprindere cuprinde aparatele, dispozitivele şi accesoriile care au drept scop producerea şi declanşarea scânteilor, la momente strict determinate, necesare aprinderii amestecului carburant în interiorul cilindrilor motoarelor cu carburator.

Tensiunea aplicată între electrozii bujiei aflaţi în camera de ardere a motoarelor, cât şi energia scânteii trebuie să fie suficient de mari pentru a putea asigura producerea arcului eledric şi aprinderea amestecului carburant la toate regimurile şi condiţiile de funcţionare a motorului; durata de formare a scânteilor trebuie să fie scurtă, aparatele şi elementele din cadrul instalaţiei de aprindere trebuie să prezinte siguranţă în funcţtionare în condiţii de solicitări mecanice, chimice, termice şi electrice ridicate, să aibă greutate mică, gabarit redus şi preţ de cost scăzut, să permită o reglare uşoară şi întreţinere cât mai simplă.

Se utilizează trei sisteme de aprindere şi anume: sisteme de aprindere de la baterie, cu magnetou şi sisteme de aprindere speciale. Toate sistemele de aprindere au în componenţa lor o sursă de energie, un ruptor generator de înaltă

36

tensiune şi un distribuitor. Sistemele de aprindere cu magnetou se utilizează la motociclete, motorete şi unele motoare stabile.

3.4.2. Factorii externi care influenţează tensiunea de străpungere

Asupra tensiunii de străpungere a spaţiilor dintre eleetrozii bujiei acţionează o serie de factori externi, dintre care cei mai importanţi sunt: presiunea şi temperatura gazelor din interiorul cilindrului, distanţa între electrozii bujiei, valoarea raportului de compresiune, unghiul de avans la aprindere, compoziţia amestecului carburant, energia scânteii, turaţia şi sarcina motorului.

Tensiunea Ustrăpungere necesară străpungerii spaţiu1ui dintre e1ectlrozii bujiei creşte odata cu creşterea presiunii p (mm coloană Hg) şi distanţei dintre electrozi d (în cm) şi scade odată cu creşterea temperaturii T (în grade Kelvin), conform re1aţiei:

U strapungere=1, 36+11 ,6p⋅dT [kV] (3.1)

Din ce1e arătate mai sus rezu1tă că dimensionarea instalaţiilor de aprindere trebuie făcută pentru tensiunea de străpungere maximă, respectiv pentru condiţii1e de pornire.

Odata cu creşterea raportului de compresiune şi introducerea supraalimentării 1a une1e construcţii Ustrăpungere

creşte ca urmare a creşterii presiunii în cilindru (fig. 3.13).

Fig.3.13. Curbele de variaţie a tensiunii secundare în funcţie de variaţia: a. raportului de compresiune ; b. unghiul de avans ; c. coeficientul de avans de aer

În ceea ce priveşte influenţa unghiului de avans asupra valorii Ustrăungere se constată că pe măsura creşterii

unghiu1ui de avans 1a aprindere, Ustrăungere scade, şi invers (fig.3.13, b). Aceasta se explică prin faptul că la unghiuri mici de avans scânteia este produsă într-un mediu cu presiune mai mare, care determină creşterea Ustrăungere.

Influenţa compoziţiei amestecului carburant asupra variaţiei tensiunii de străpungere este mică. Valoarea minimă a Ustrăungere se obţine pentru 0,8 < < 0,9 (fig.3.13..c). Amestecurile carburante bogate ( < 0,8), cât şi cele sărace ( > 0,9), determină micşorarea temperaturii gazelor de ardere, fapt care influenţează asupra creşterii Ustrăungere. Energia scânteii necesară ridicării temperaturii locale peste temperatura de autoaprindere pentru declanşarea reacţiei chimice de ardere este cuprinsă între 1-5 mJ. La pornire, energia necesară declanşării arderii este mult mai mare decât la funcţionarea normală (fig.3.14).

Fig.3.14. Timpul de pornire în funcţie de energia scânteii

Instalaţiile de aprindere clasice dau energii ale scânteii între 20 şi 50 mJ, insuficiente pentru porniri rapide ale motorului. Pentru compensarea căderilor de tensiune din timpul pornirii, la unele instalaţii de aprindere de la baterie se utilizează rezistenţele adiţionale, care se scurtcircuitează la pornire, iar la cele cu magnetou se utilizează acceleratoare de pornire.

Odata cu creşterea sarcinii şi puterii motorului, creşte şi presiunea la sfârşitul cursei de compresiune, iar ca urmare Ustrăungere trebuie să crească.

37

3.4.3. Caracteristicile de funcţionare ale instalaţiilor de aprindere de la baterie

În funcţionarea instalaţiei de aprindere de la baterie se evidenţiază trei etape mai importante: a. creşterea curentului primar din momentul închiderii contactelor pâna în momentul deschiderii lor; b. întreruperea curentului primar şi creşterea tensiunii secundare; c. străpungerea de către scânteie a spaţiului dintre electrozii bujiei şi procesele de descărcare electrică prin scânteie.

Pentru studiul funcţionării instalaţiei de aprindere de la baterie se stabileşte circuitul echivalent din fig.3.15 în care s-au folosit notaţiile: U - tensiunea la bornele bateriei de acumulatoare; RS1 - rezistenţa suplimentară de pornire din circuitul primar; RWl - rezistenţa proprie a înfăşurării primare; C1 - capacitatea condensatorului din circuitul primar; L1 inductivitatea proprie a înfăşurării primare; W1 - numărul de spire din primar; L2 - inductivitatea proprie a înfăşurării secundare; M inductivitatea mutuală între primar şi secundar; W2 - numărul de spire din secundar; Rw2 - rezistenţa proprie a înfăşurării primare; Ra2 – rezistenţa de antiparazitare; Rs2 - rezistenţa suplimentară de şuntare legată în paralel cu bujia, echivalenta cu rezistenţele introduse prin afumarea bujiei; C2 - capacitatea proprie a înfăşurării secundare şi a cablajului de înaltă tensiune; R1 = RWl + Rs1. Pentru simplificare se neglijează inductivitatea mutuală M dintre primar şi secundar.

Fig.3.15. Circuitul echivalent al instalaţiei de aprindere de la baterie

Mărirea curentu1ui I1 şi a tensiunii de alimentare Ub, cât şi micşorarea excesivă a rezistenţei R1 exercită pe de o parte o influenţă pozitiva asupra creşterii curentului de rupere Ir şi tensiunii din secundar U2 iar pe de altă parte exercită o influenţă negativă, facilitând apariţia scânteilor la contacte, respectiv distrugerea (arderea) acestora, cât şi creşterea gradului de încălzire a bobinei de inducţie. Disiparea unei părţi din energia disponibilă prin arcul electric între contacte face ca tensiunea secundară U2 să scadă şi respectiv să înrăutăţească aprinderea. Din aceste considerente va1orile I1, Ub şi R1 nu pot depăşi anumite limite datorită uzurii (oxidării, arderii) contacte1or şi pierderilor e1ectrice. La instalaţiile obişnuite, valoarea curentului din primar are valori limitate cuprinse între 2 şi 4,5 A. Valorile mai mari fiind pentru instalaţiile de aprindere de 6 V, iar ce1e mai mici pentru instalaţiile de 12 şi 24 V.

Micşorarea valorii inductivităţii L1 a înfăşurării primare a bobinei influenţează pozitiv asupra vitezei creşterii mai rapide a curentului din primar. Reducerea inductivităţii L1 nu se poate face prea mult, respectiv sub valoarea optimă, de 1a care în jos apar scăderi însemnate ale energiei magnetice Wm înmagazinată în bobina în timpu1 închiderii contactelor, fapt ce ar influenţa negativ asupra tensiunii de străpungere din secundar.

W m=L1⋅Ir

2

2 (3.2)

Creşterea turaţiei nm, cât şi a numărului de cilindri Z ai motorului determină o scădere importantă a timpului relativ de închidere a contactelor şi deci a valorii curentu1ui de rupere Ir.

Cu cât timpu1 de închidere este mai mic, cu atât scade curentu1 de rupere, e1 neavând timpul suficient pentru a ajunge 1a valoarea necesară optimă, influenţând astfe1 negativ asupra tensiunii din secundar, şi invers.

La turaţii mari, datorită creşterii forţelor centrifuge, 1ame1a elastică a contactu1ui mobil nu mai poate urmări profilu1 camei şi apar salturi ale contactului mobil faţă de contactu1 fix. Contactele ramân astfe1 deschise mai mult timp, ceea ce determină micşorarea timpului de închidere al contactelor. De aceea, turaţia maximă de funcţionare a ruptorului trebuie să fie mai mică decât turaţia 1a care începe scăderea timpului de închidere al contactelor.

Timpu1 de închidere al contacte1or în funcţie de constanta de timp a înfăşurării primare T1 se a1ege ţinând seama de prezenţa pierderilor, după relaţia:

t i=(0 ,25−0 ,75 )⋅T i (3.3)

3.4.4. Metode de îmbunătăţire a parametrilor şi caracteristicilor de funcţionare a instalaţiilor clasice de aprindere

Majoritatea metodelor de îmbunătăţire a parametrilor şi caracteristici1or de funcţionare a instalaţiilor clasice de aprindere de 1a baterie caută să mărească intensitatea curentului de rupere din primar Ir, prin mărirea timpului relativ de închidere a contactelor i. Ca metoda care nu fo1oseşte efectu1 măririi curentu1ui din primar este aceea a reducerii capacităţii proprii, a înfăşurării secundare şi a cablaju1ui de înaltă tensiune.

Metodele care urmăresc mărirea curentului de rupere Ii din circuitul primar, pot fi împărţite în două grupe, şi

38

anume: metode e1ectrice şi metode mecanice.

1. Metodele electrice de îmbunătăţire a earacteristicilor funcţionale ale instalaţiilor de aprindere sunt cele expuse mai sus şi care constau în ridicarea, în anumite limite, a tensiunii de alimentare Ub în reducerea până la anumite limite a rezistenţei R1 şi a inductivităţii L1 primare, cât şi utilizarea rezistenţelor auxiliare variabile în circuitu1 primar.

2. Metodele mecanice urmăresc îmbunătăţirea parametrilor funcţionali, inclusiv creşterea curentului de rupere Ir

din primar, pe seama măririi timpului relativ de închidere a contactelor i, respectiv a unghiului de închidere i

folosesc în acest sens două metode mai importante şi anume: modificarea profilului camei ruptoru1ui şi utilizarea mai mu1tor întreruptoare sau bobine de inducţie.

a. Modificarea profilului camei ruptorului. Modificarea formei şi profilului camei se face în scopu1 măririi timpului ti, respectiv unghiu1ui de închidere i, perioada în care contactele stau închise, pentru a permite curentu1ui din primar să crească până 1a valoarea optimă necesară. În practică, timpii ti şi td se exprimă şi se măsoară în grade 1a ruptor. Astfe1 unghiu1 de închidere i a contacte1or, respectiv unghiul de deschidere d reprezintă 1ungimea arcu1ui de cerc măsurată în grade, perioada în care contacte1e stau închise respectiv deschise (fig.3.16).

Fig.3.16. Definirea unghiului sub care constactele sunt deschise sau închise

Unghiurile i şi d sunt proporţionale cu timpii corespunzători ti şi td. Unghiul total t - corespunzător intervalu1ui dintre două scântei succesive - este egal cu suma celor două unghiuri:

α t=α i+α d (3.4)

La motoarele în patru timpi cu patru cilindri valoarea unghiului total este:

α t=

3600

4=900

(3.5)

La motoare1e cu şase cilindri:

α t=3600

6=600

(3.6)

La motoare1e cu opt cilindri:

α t=3600

8=450

(3.7)De exemplu, la motorul autoturismului DACIA-1300 valorile acestor unghiuri sunt următoarele:

α t=α i+αd=570+330=900(3.8)

Cu cât unghiul de închidere i este mai mare faţă de unghiul de deschidere d cu atât curentul de rupere din primar Ir este mai mare, contribuind prin aceasta la magnetizarea mai puternică a înfăşurării primare şi obţinerea prin aceasta a unei tensiuni mai mari de străpungere Ustr în circuitul secundar.

Deci, pentru mărirea curentului de rupere Ir este necesară mărirea unghiului i, concomitent cu micşorarea unghiului d, astfel încât suma lor să fie constantă pentru acelşi tip de motor.

Unghiul sub care contactele ruptorului stau închise este determinat de profilul camei cu cercul pe care se află vârful călcâiului izolat al lamelei contactului mobil (fig.3.16).

Timpul ti în care contactele ruptorului stau închise este proporţional cu unghiul i, iar durata unei perioade T cât contactele stau inchis-deschis este proporţională cu suma celor două unghiuri. Timpul relativ i în care contactele sunt închise, este:

39

τ i=α i

αi+α d (3.9)

Aparatele care măsoara unghiul de închidere se numesc dwellmetre şi au scala gradată în grade sau procente. În practică, unghiul în care contactele stau închise se numeşte unghi Dwell sau procentul Dwell Dw%. Unghiul Dwell exprimat în procente reprezintă raportul dintre unghiul de închidere al contactelor şi unghiul total, dintre două scântei succesive ale motorului:

Dw=αi

α i+αd

100=αi

α t

100[% ] (3.10)

În cazul autoturismului DAClA-1300, unghiul re1ativ de închidere, exprimat în procente sau procentul Dwell va fi:

Dw=570

900100=63[% ]

(3.11)În concluzie, rezultă că prin construcţia camei, cele două unghiuri sunt determinate de profilul special al camei,

în practică, nu se execută egale, ci se diferenţiază prin mărirea unghiului de închidere i la valori de 60-650, concomitent cu micşorarea unghiului de deschidere d până la valori de 27-350.

Se menţionează că între distanţa 1a contate d şi unghiul Dwell există o legătură de inversă proporţionalitate în sensul că, 1a micşorarea lui d unghiul Dwell se măreşte, şi invers.

De asemenea, asupra curentului de rupere din primar exercită o mare influenţă tensiunea arcu1ui, integritatea şi gradu1 de curăţenie a contactelor, jocurile excesive şi inertia sistemului mobil a1 ruptorului.

b. Utilizarea mai multor întreruptoare sau bobine de inducţie. La motoare1e cu număr mare de cilindri şi, în specia1, 1a cele în doi timpi, la turaţii mari, timpul, respectiv unghiul cât contactele stau închise, se reduce atât de mult, încât în secundar scânteia dispare, datorită reducerii sub limita admisibilă a curentului de rupere din primar.

Astfel, 1a motoarele în doi timpi, la care scânteia este declanşată la fiecare rotaţie, pentru fiecare cilindru, timpul dintre două scântei succesive, respectiv unghiul total t se reduce 1a jumătate în comparaţie cu motoarele în patru timpi, şi anume: t = 45° la motoare1e cu patru cilindri, 30° la cele cu şase cilindri, 22,5° la cele cu opt cilindri, etc.

Rezultă că pe măsura creşterii numărului de cilindri unghiu1 total t cât şi unghiu1 de închidere i se reduce, ceea ce determină o micşorare a curentului de rupere şi înrăutăţirela aprinderii. Din aceste considerente, fiecare insta1aţie de aprindere de 1a baterie se caracterizează printr-o anumită turaţie limită maximă, de la care scânteile nu se mai produc. Acesta constituie unul din dezavantajle instalaţiei de aprindere de la baterie.

Pentru reducerea unghiului, respectiv timpului de deschidere td se întrebuinţează mai multe întreruptoare sau bobine. În fig.3.17, a este prezentată schema insta1aţiei de aprindere pentru opt cilindri, cu întreruptor dub1u (cu două perechi de contacte), legate în paralel, cu o singură bobină şi distribuitor simplu. Numarul de proeminenţe ale camei este ega1 cu jumătate din numărul de cilindri. Curentul se întrerupe numai atunci când sunt deschise ambele întreruptoare. Pentru reducerea timpului de deschidere td, este necesar ca deschiderea contactelor să nu se facă simultan, ci să existe un anumit defazaj în timp a celor două întreruptoare.

40

Fig.3.17. Sisteme de aprindere de la baterie cu două întreruptoare cu: a. o singură bobină; b. cu două bobine

Dacă cama are un unghi între umeri (pentru exemplul din fig.3.17.a):

α u0=3600

Z2

=720Z

(3.12)Pentru Z = 8 cilindri, u

0=900.atunci unghiul de defazare sub care se aşază calcâile lamelelor contactelor mobile (acestea se aşază pe părţile opuse ale platoului contactelor) este:

α c

0=1800−αu

2 (3.13)Pentru Z =8, c

0=1350.Timpul în care contactele stau, închise ti s-a reprezentat prin linii groase (fig. 3.17.a), iar intervalele albe - timpul

când stau deschise – td. Steluţele numerotate cu cifre de la 1 la 8 reprezintă momentele în care se declanşează scânteile. În primele două rânduri s-a reprezentat funcţionarea separată a celor două întreruptoare, cu defazajul respectiv, din care se constată că td este mare, iar ti este mic. În rândul al treilea s-a reprezentat rezultatul funcţionării ambelor întreruptoare, din care se constată o reducere substanţială a timpului de închidere ti.

În fig.3.17.b este prezentată schema instalaţiei de aprindere tot pentru opt cilindri, cu întreruptor dublu, cu două bobine, fiecare lucrând cu întreruptorul sau independent, pentru jumătate din numărul cilindrilor. Cama are un număr de proeminenţe, egal cu jumătate din numărul de cilindri; în schimb, distribuitorul are o construcţie specială, fiind dublu, fiecare lamelă distribuie curentul la patru cilindri. Cele două întreruptoare lucrează defazat, iar timpul în care contactele stau închise ti, este mai mare decât jumătate din durata unei perioade T la întreruptor. Bobinele de inducţie sunt solicitate mai puţin şi prezintă o siguranţă mai mare în funcţionare; în schimb, preţul de cost al instalaţiei este mai ridicat.

3.4.5. Străpungerea spaţiului dintre electrozii bujiei şi procesele de descărcare electrică prin scânteie

Tensiunea scundară atinge valoarea 1a care spaţiu1 dintre e1ectrozii bujiei este străpuns sub forma de descărcare e1ectrică; ea se numeşte tensiune de străpungere Ustrăpungere, sau tensiune de aprindere. Odată cu declanşarea scânteii, tensiunea 1a borne1e secundarului scade brusc, deoarece în momentu1 descărcării rezistenţa echiva1entă a spaţiu1ui disruptiv (străpuns) scade de 1a va1ori de ordinu1 megaohmilor 1a va1ori de ordinul zecilor de ohmi. Prima parte a descărcării are un caracter capacitiv, iar a doua parte are un caracter inductiv sau combinat. Descărcarea capacitivă corespunde transformării energiei capacitive:

41

W e=12

C2⋅U str2

(4.14)

înmagazinată în capacitatea secundară în energie: termică (6000-10000 0C), luminoasă (lumină puternică) şi sonoră (zgomot sub formă de pocnituri). Descărcarea capacitivă este oscilantă, de scurtă durată (10 -6 s), şi corespunde unor curenţi mari (10-100 A) şi frecvenţe ridicate (10-200 MHz). Partea capacitivă a descărcării determină şi declanşează aprinderea amestecului carburant de către scânteie. După descărcarea capacitivă apare descărcarea inductivă, numită şi ,,coada scânteii”, care corespunde transformării restului de energie magnetică a bobinei. Durata descărcării inductive este mai mare (10-3 s), în schimb valoarea curenţilor este mai mică (10-2- 10-3 A). Descărcarea se termină prin oscilaţii amortizate.

Odată cu creşterea turaţiei şi a numărului de cilindri, tensiunea secundară maximă scade. În fig.3.18 este prezentată dependenţa tensiunii secundare maxime U2max în funcţie de variaţia turaţiei şi număru1 de cilindri.

Fig.3.18. Dependenţa tensiunii secundare maxime U2max în funcţie de variaţia turaţiei nm şi numărul de cilindri Z

Din fig.3.18 se constată ca în domeniul turaţiilor mici tensiunea scade. Aceasta se explică prin faptul că la turaţii mici (unde curentul de rupere este mare) viteza de deschidere a contactelor este mai mică decât viteza de creştere a tensiunii, fapt care determină străpungerea spaţiului şi apariţia arcului electric între contacte. O parte din energie fiind consumată de arc, aceasta determină scăderea tensiunii din secundar. Turaţia limită superioară de funcţionare a sistemu-lui de aprindere de la baterie, este dată de intersecţia curbelor U2max =f(nm, Z) eu dreapta Ustr=const. (de exemplu, 8 kV).

Instalaţii1e de aprindere de la baterie funcţionează bine la turaţii mici şi mijlocii, în schimb funcţionarea lor este limitată la turaţii mari şi la motoare cu număr mare de cilindri.

În fig.3.19 sunt prezentate curbele de variaţie în timp a intensităţii curentului I1 şi a tensiunii U1 în circuitul primar (la condensator) şi a tensiunii U2 în circuitul secundar, în condiţiile stării normale a elementelor instalaţiei de aprindere. Semnificaţia zonelor marcate prin linii verticale este următoarea:

Zona 0-1 corespunde unghiului de închidere a contactelor ruptorului; zona 1-2 indică durata şi natura descărcării prin scântei; zona 2-3 aferentă oscilaţiilor corespunzătoare disipării energiei rămase în bobina de inducţie şi în conden -sator; zona 3-4 corespunde situaţiei în care procesele oscilatorii în sistem s-au încheiat, contactele ruptorului fiind încă deschise. Pe curba tensiunii primare U1 apare valoarea tensiunii bateriei Ub. Amplitudinea maximă a curbei de variaţie a tensiunii secundare U2 în dreptul liniei 1 reprezintă valoarea tensiunii de străpungere Ustr, aferentă descărcării capacitive care se continuă prin descărcare inductivă sub formă de oscilaţii amortizate.

42

Fig.3.19. Curbele de variaţie în timp a intensităţii curentului primar I1, a tensiunii U1 în circuitul primar (la condensator) şi a tensiunii U2 în circuitul secundar

Fig.3.20. Oscilograma tensiunii primare obţinută pe ecranul osciloscopului

În fig.3.20: 1 impuls datorat tensiunii de autoinducţie; 2 regim oscilant amortizat; 3 întruperea arcului; 4 disiparea energiei reziduale din bobina de inducţie şi condensator; 5-6 valoarea tensiunii bateriei şi închiderea contactelor; 7 deschiderea contactelor.

3.4.6. Construcţia elementelor care intră în componenţa instalaţiei de aprindere

Instalaţia de aprindere se compune din: comutatorul cu cheie de contact, bobina de inducţie, ruptorul-distribuitor, bujiile, conductorii de joasă şi înaltă tensiune, sursele de curent şi accesoriile aferente.

Comutatorul cu cheie de contact are rolul de a conecta şi deconecta în circuit instalaţiile de: aprindere, aparatele

43

de bord, demarorul, farurile şi alte receptoare. El se montează pe consolă în partea dreaptă a coloanei volanului. Comutatorul cheii de contact se compune din: corpul cu încuietoare (broască), dispozitivul antifurt şi comutatorul cu contacte şi borne. Racordarea în circuitul electric a1 autoturismului se realizează prin intermediul unei mufe prevăzute cu borne.

La debranşarea şi la racordarea conductoarelor la bornele comutatorului cu contacte (care sunt marcate prin simboluri) se va respecta locul fiecărui conductor.

Nu se demontează comutatorul cu cheie de contact fără ca în prealabil să se deconecteze bateria de acumulatoare. În timpul coborârii pantelor nu se întrerupe funcţionarea motorului deoarece servofrâna încetează de a mai funcţiona şi nu se va roti cheia în poziţia ,,Staţionare” deoarece se produce blocarea volanului.

Bobinele de inducţie folosite pe automobile au în general o construcţie asemănătoare. Deosebirile care apar între diferitele tipuri de bobine se referă la materialul carcasei (tablă sau masă plastică), la masa de umplere (bituminoasă, răşini epoxidice sau ulei mineral), locul de amplasare a rezistenţei adiţionale (în carcasă, în exteriorul bobinei sau lipsa acesteia), puterea bobinei (mică, medie sau mare), tensiunea de alimentare (6, 12 sau 24 V).

Fig.3.21. Bobina de inducţie tip 3130 (Ua=12 V)

De asemenea există bobine rapide care au inductivitatea înfăşurării primare mică, bobine cu două înfăşurări secundare pentru motoare cu doi cilindri, bobine ecranate închise într-o carcasa metalica, etc. Bobina de inducţie tip 3130 are carcasă din bachelită. Ambele bobine sunt cu ulei.

Bobina de inducţie este un transformator electric format din miez şi circuitul magnetic cilindric exterior. Datorită curenţilor turbinari cu frecvenţe ridicate, miezul se execută din tole de tablă silicoasă având grosimea de 0,5 mm. La alte construcţii miezul se execută dintr-un pachet de sârmă moale cu =1,5 mm. Circuitul magnetic exterior este executat din două straturi cindrice din tablă silicioasă cu grosimea de 0,3 mm. În scopul micşorării curenţilor Foucault, tabla este prevăzută cu tăieturi verticale. Miezul este introdus în carcasa din carton electrotehnic, peste care se află înfăşurarea secundară. Ea se execută din cupru emailat având diametrul de 0,06-0,08 mm şi numărul de spire 15000-25000 aşezate pe 60-80 straturi. Între straturile înfăşurării secundare se aşază câte 2-4 straturi de hârtie de condensator cu grosimea de 0,02 mm. Primul şi ultimul strat au un număr redus de spire pentru a evita străpungerile.

Deasupra înfăşurării secundare se bobinează înfăşurarea primară. Ea se execută din conductor de cupru emailat cu diametrul de 0,7-1 mm, având un număr de 200-400 spire aşezate pe 5-6 straturi. Între straturile înfăşurării primare se aşază hârtie de cablu sau matase lăcuită de 0,1-0,2 mm. Capetele înfăşurării primare se leagă la bornele de joasă tensiune.

Cele două înfăşurări se separă între ele prin intermediul unui carton, hârtie electroizolantă şi benzi din material plastic. Izo1area faţă de cilindrul circuitului magnetic se realizează cu ajutorul stratului de hârtie electroizolantă.

Dispunerea înfăşurării primare peste cea secundară prezintă o serie de avantaje şi anume: răcirea înfăşurării primare (prin care trec curenţi de 2,5-3 A, faţă de cel din secundar de 0,1-0,2 mA) mai bună, coeficient de cuplaj magnetic mutual între cele două înfăşurări mai mare, iar izolarea înfăşurării secundare este mai simplă şi mai

44

economică în ceea ce priveşte înfăşurarea subţire din cupru. Cele două înfăşurări împreună cu miezul şi circuitul magnetic se introduc în carcasă din a1uminiu, care se

umple cu ulei cu rigiditate dielectrică ridicată. Umplerea cu ulei măreşte gradul de izolare şi îmbunătăţeşte răcirea înfăşurărilor. Înfăşurările sunt aşezate în carcasa pe un izolator, având forma unui pahar confecţionat din material ceramicsteatit.

Partea superioară a bobinei este acoperită cu un capac din bachelită electrotehnică pentru înalta tensiune, care se fixează de carcasă, iar etanşarea se realizează cu ajutorul unei garnituri de cauciuc rezistentă la acţiunea uleiului. La bornele turnate în capac se leagă capetele bobinelor. La borna marcată cu ,,+B" (B) se lipesc capetele de 1a începutul înfăşurării primare şi sfârşitul înfăşurării secundare, iar la borna de ieşire se lipeşte sfârşitul înfăşurării primare. Începutul înfăşurării secundare (de înaltă tensiune) se racordează fişa de înaltă tensiune.

Construcţia ruptor-distribuitoarelor diferă în funcţie de numărul de cilindri, numărul de întreruptoare, modul de reglare a avansului, modul de amplasare a bornelor de înaltă tensiune (axiale sau frontale), modul de antrenare, gradul de antiparazitare (cu rezistenţă de antiparazitare sau ecranat), etc.

Ruptor-distribuitoarele trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:- asigurarea funcţionării fără producerea arcului electric exagerat şi fără vibraţii ale contactelor ruptorului la toate regimurile de turaţii ale motorului; - asigurarea distribuirii distincte şi corecte a impulsurilor de înaltă tensiune şi asigurarea reglării unghiului de avans la aprindere la toate regimurile de funcţionare a motorului; - asigurarea rigidităţii dielectrice prescrise a izolaţiei pieselor distribuitorului, ruptorului şi condensatorului.

Elementele componente ale ruptor-distribuitorului sunt:- corpul ruptorului;- suportul contactelor;- platou (placa mobilă);- cama;- distribuitorul;- rotorul;- capacul;- arbore pentru antrenare cu pinion reductor.

Construcţia fişelor de înaltă tensiune. Fişele de înaltă tensiune servesc pentru transmiterea impulsurilor de înaltă tensiune de la bobina de inducţie la distribuitor şi bujii. Fişele de înaltă tensiune trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: să suporte fără pierderi mari tensiunea înaltă, să aibă o capacitate pe unitatea de lungime cât mai mică (sub 100 pF/m), să reziste la acţiunea acizilor, combustibililor şi lubrifianţilor, să fie flexibile şi să funcţioneze în bune condiţii la temperaturi de ordinul 80-1000C.

Pentru atenuarea paraziţilor radiofonici, fişele au încorporate pe lungime o rezistenţă electrică având valoarea de 2 000 /m. Miezul conductorului este format dintr-un fascicul de fire răsucite şi inchise într-un înveliş din material plastic cu un procent maxim de ferită. Deasupra acestui înveliş este înfăşurat conductorul din aliaj din fier şi nichel cu diametrul de 0,11 mm. În exterior este protejat într-un înveliş gros de 6 mm din neopren. La capete este prevăzut cu manşoane de protecţie din cauciuc şi papuci de contact. Încercarea izolaţiei se face la temperatura de 100 0C la tensiuni eficace de 35 şi 15 kV şi frecvenţa de 50 Hz.

Construcţia bujiilor. Bujiile servesc la producerea scânteii electrice necesare aprinderii amestecului carburant în cilindrii motorului. Bujiile se pot clasifica după mai multe criterii şi anume :

- din punct de vedere constructiv există bujii demontabile şi nedemontabile, ultimele având o utilizare mai mare; - în funcţie de dimensiunile bujiilor acestea pot fi clasificate după diametrul filetului (10, 12, 14, 18 şi 22 mm) ;

după lungimea filetului (11; 12,7 ;16 ;19 şi 22 mm) ; după latura hexagonului pentru cheie (de exem plu: 20,8 mm); dupa înălţimea bujiei, etc.;

- din punct de vedere al funcţionării prezintă interes deosebit clasificarea după valoarea termică a bujiilor (bujii reci sau calde);

- din punct de vedere al antiparazitării bujiile pot fi cu sau fără rezistenţă de antiparazitare. De asemenea, pentru a realiza anumite caracteristici se aleg materiale şi forme diferite pentru unele elemente ale bujiei, ca de exemplu materialul izolatorului, forma şi numărul electrozilor, etc.

Principalele părţi componente ale unei bujii nedemontabile (fig.3.22) sunt: corpul metalic 1, izolatorul 2, electrodul lateral 3, electrodul central 4, tija de legătură, garniturile de etanşare inferioare 5, 6 şi superioară 7 şi piuliţa de strângere 8.

45

Fig.3.22. Bujia

Corpul (carcasa) se execută din oţel şi este prevăzut la partea superioară cu un profil hexagonal pentru strângere, iar la partea inferioară cu filet a cărui lungime trebuie să fie egală cu grosimea peretelui filet al chiulasei. Filetul (de obicei M 14X1,25) poate fi obişnuit (de exemplu 12,7 mm) sau lung (de exemplu: 19 sau 22 mm).

Izolatorul care se află în partea centrală a bujiei, funcţionând în condiţii extrem de grele, trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- să reziste 1a solicitările de compresiune rezultate în urma operaţiilor de roluire a suprafeţei superioare a corpului metalic, la dilataţia electrodului central, la solicitările mecanice, la montarea şi demontarea de pe motor, la variaţiile de presiune din camera de ardere (0,95-50 daN/cm2); vârful de presiune (la detonaţii) poate atinge peste 70 daN/cm2; iar pentru o suprafaţă echivalentă a izolatorului de 1 cm2 rezultă o forţă de 70 daN;

- sa aibă o conductibilitate termică mare şi să reziste la variaţiile de temperatură de la -150C (iarna) la 24000C în timpul ciclu1ui motor. La motorul în doi timpi, numărul de impulsuri electrice şi mecanice pe minut este egal cu numărul de rotaţii pe minut al motorului, iar la cel în patru timpi este la jumătate;

- să suporte tensiuni de ordinul 22 kV în cazul încercărilor. Ţinându-se seama de performanţele bobinelor de inducţie şi de tendinţa de mărire a distanţei între electrozii

bujiei, în scopul evitării poluării aerului, ca urmare a unei arderi mai complete, bujiile trebuie să suporte tensiuni de 30 kV. De asemenea trebuie să reziste cât mai bine la acţiunea chimică a produselor de ardere la temperaturi mari. Datorită depunerilor şi îmbătrânirii izolatorului, rezistenţa de izolaţie în stare rece poate scădea de la 1000-5000 M la bujiile noi, la 1,0-0,5 M la bujiile uzate. Izolatorul se execută din steatit care este un silicat de magneziu şi din oxizi de aluminiu. Suprafaţa exterioară este smălţuită în scopul îmbunătăţirii calităţii izolante şi micşorarea gradului depunerilor de impurităţi. Forma izolatorului trebuie să asigure distanţele faţă de suprafeţele metalice exterioare pentru evitarea conturnărilor şi dimensiunile suprafeţei părţii inferioare pentru a corespunde la valoarea termică dorită.

Electrozii se execută din materiale care trebuie să îndeplinească o serie de condiţii privind posibilitatea de ionizare, rezistenţa la temperaturi ridicate, rezistenţa la acţiuni chimice, dilatarea termică, posibilitatea de a fi deformat pentru reglarea distanţei între electrozi.

Pentru bujii obişnuite se utilizează aliaje de crom-nichel, iar pentru bujii speciale argint şi platină. Distanţa între electrozi se stabileşte în funcţie de raportul de compresiune (de exemplu, d=0,7-0,8 mm pentru = 4,5-5,5 şi d = 0,4 - 0,5 mm, pentru = 7-9).

Pentru buna funcţionare a bujiei este necesar ca ciocul izolatorului în timpul funcţionării să aibă o temperatură de peste 450-5800C pentru ca toate reziduurile (praf de carbune, stropi de ulei, etc.) să fie arse, iar electrozii şi ciocul izolatorului să se menţină curaţi având culoarea brun-cenuşiu. Această temperatură poartă denumirea de temperatură de autocurăţire a bujiei. Pe de altă parte, la temperatura de 800-9000C electrodul central devine incandescent, funcţionarea motorului se înrăutăţeşte datorită apariţiei preaprinderilor sau aprinderilor prin incandescenţă. Electrozii şi ciocul izolatorului au culoarea cenuşie deschisă sau albă, iar la temperaturi mai mari începe topirea electrozilor şi ciocului izolatorului, fapt ce se constată prin apariţia pe electrodul central a unor particule metalice mici. Dacă funcţionează la temperaturi sub 4000C se ancrasează, se afumă şi este scoasă repede din funcţiune.

De aceea bujia trebuie astfel aleasă încât echilibrul termic să sa stabilească pentru temperatura de autocurăţire. Transmisia căldurii şi echilibrul termic (fig.3.23) la valoarea temperaturii dorite depind la rândul lor de echilibrul factorilor care influenţează încălzirea (raportul de compresiune, turaţia, sarcina motorului) cât şi de cei care influenţează răcirea (lungimea şi forma ciocului izolatorului, spaţiul între izolator şi corpul metalic; conductibilitatea calorică a ciocului izolatorului, electrodului central, materialelor de etanşare, etc.).

Proprietăţile termice ale bujiilor sunt caracterizate prin valoarea termică W (Wärmewert) sau indice termic care

46

exprimă capacitate a bujiei de a transfera căldura de la electrodul central către mediul exterior (de exemplu, la apa de răcire). Aceasta se măsoară indirect prin timpul (în secunde sau sutimi de minut) de la pornirea motorului (etalon) până la temperatura de preaprindere.

Astfel, bujiile calde au valori termice mai mici, ciocul izolatorului este mai lung (evacuează mai greu căldura), au temperatura de regim mai ridicată şi se utilizeaza la motoarele având < 7. Bujiile reci au valori termice mai mari, ciocul izolatorului este mai scurt (evacuează mai uşor şi mai repede căldura), au temperatura de regim mai scăzută şi se utilizează la motoare cu > 7.

Valorile termice standardizate ale bujiilor sunt: 45, 95, (125), 145, 175, 195, 225, 240, 260, 280, 310, 340, 370, 400, 440.

Fig.3.23. Limitele de temperatură normală de funcţionare a bujiei şi repartiţia cantităţii de căldură prin corpul bujiei

3.5. Instalaţia de pornire electrică

3.5.1. Generalităţi

Sistemele de pornire au rolul de a antrena motoarele cu combustie internă cu o anumită turaţie şi cuplu din starea de repaus până în momentul aprinderii amestecului carburant, respectiv punerii în funcţiune a acestuia.

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească pornirea electrică sunt:- asigurarea turaţiei şi cuplului necesar pentru condiţiile cele mai grele de pornire; - funcţionarea sigură între anumite limite (domenii) de temperatură (de la -200C la + 600C); - decuplarea automată a demarorului după pornirea motorului cu ardere internă; - maşinile şi aparatele ce fac parte din instalaţia de pornire trebuie să prezinte dimensiuni reduse, greutate

mică, preţ de cost redus şi o întreţinere simplă şi uşoară în exploatare. Instalaţia de pornire electrică la automobilele de construcţie recentă - este formată din: motorul electric de

curent continuu sau demarorul, prevăzut cu un electromagnet sau releu de cuplare - cu dispozitiv pentru cuplarea elastică şi decuplarea automată a pinionului demarorului cu coroană dinţată a volantului motorului, bateria de acumulatoare, întreruptorul de pornire şi conductoarele de legătură.

3.5.2. Clasificarea sistemelor de pornire

Sistemele de pornire electrică se împart în două grupe: sisteme de pornire normale care se utilizează la motoarele cu combustie internă uzuale, şi sisteme de pornire speciale, pentru acţionarea motoarelor de putere mare şi condiţii de pornire mai grele. Din această categorie fac parte: sistemele de acţionare cu două demaroare, care funcţionează în paralel; sistemele de alimentare a demarorului cu două baterii a 12 V fiecare, conectate în serie sau serie-paralel, la care demarorul este alimentat cu 24 V (putere aproape dublă), iar restul consumatorilor cu 12 V, demaroare pendulare care rotesc coroana volantului succesiv în ambele sensuri, acumulând energia cinetică până când se realizează pornirea, şi demaroare cu inerţie, la care pinionul demarorului (prevăzut cu un mecanism

47

complicat de angrenaje reductoare, ambreiaj cu fricţiune şi volante, etc.) este cuplat cu coroana dinţată a volantului motorului (prin intermediul ambreiajului) numai după ce volantul demarorului a acumulat o anumită energie cinetică.

Din punct de vedere al modului de alimentare, sistemele de pornire normală se pot clasifica în două grupe şi anume: sisteme de alimentare directă şi sisteme de alimentare indirectă.

La sistemele de alimentare directă, alimentarea demarorului se face direct de la baterie, prin întreruptorul de pornire (fig.3.25.a). Datorită lungimii relativ mari a conductoarelor de legătură, a contactului imperfect al întreruptorului la curenţi mari de pornire, apar căderi importante de tensiune, care determină micşorarea puterii disponibile a demarorului.

Sistemele de alimentare indirectă folosesc relee auxiliare de pornire sau comandă RA (fig.3.25.b), montate în apropierea sau în interiorul demarorului, comanda releului facându-se cu curenţi mici, fapt care elimină dezavantajul amintit.

Fig.3.24. Electromotor – semn convenţional

48

Fig.3.25. Sisteme de acţionare şi cuplare

După modul de cuplare utilizat, demaroarele uzuale pentru automobile se clasifică în trei grupe: demaroare cu cuplare prin inerţie, demaroare cu cuplare mecanică (sau forţată) şi demaroare cu cuplare electromagnetică. Demaroare cu cuplare prin inerţie. Demaroarele cu cuplare prin inerţie, cunoscute şi sub denumirea de demaroare cu Bendix, au construcţia cea mai simplă. La aceste demaroare, odată cu rotirea arborelui se produce deplasarea axială a pinionu1ui, datarită unei contragreutăţi care îi măreşte momentul de inerţie proprie, prin rotirea pe a buclă filetată, montată pe arbore. Demaroarele cu cuplare prin inerţie pot fi cu acţionare directă sau cu acţionare indirectă.

49

Fig.3.26. Mecansime de cuplare prin inerţie

Principalele părţi componente ale dispozitivului de cuplare prin inerţie (fig.3.26.a) sunt: arborele rototului 1, arcul spiral 3 de preluare a şocurilor de pornire, fixat la o extremitate pe arbore printr-o bucşă fixă 2, iar la cealaltă extremitate în legătură cu bucşa filetată 4, pe care, se poate deplasa liber pinonul 5. Bucşa filetată se poate roti pe arbore iar la exterior are un filet dreptunghiular. La rândul său, pinionul este prevăzut în interior cu filet, ceea ce îi permite deplasarea prin înşurubare. Pinionul are o contragreutate care îi măreşte momentul de inerţie şi un ştift cu arc, care îl ţine depărtat de volant în timpul când nu se face pornirea.

Funcţionarea dispozitivului de cuplare prin inerţie este următoarea: la conectarea demarorului, pinionul, datorită inerţiei sale la rotire faţă de bucşa filetată, se deplasează axial spre coroana volantului cu care se angrenează (prin înşurubare), iar mişcarea de rotaţie se transmite de 1a arbore, prin alimentarea releului prin arcul elicoidal, bucşa filetată, pinion la volant. După pornirea motorului, coroana volantului depăşeşte turaţia corespunzătoare turaţiei demarorului, transmiţând totodată un cuplu invers spre pinion, producând deplasarea axială a pinionului în sens invers faţă de cuplare, respectiv decuplarea.

După direcţia în care se face deplasarea pinionului, demaroarele cu decuplare prin inerţie se împart în demaroare cu deplasare spre interior (fig.3.26.a) şi demaroare cu deplasare spre exterior (fig.3.26.b).

Mai există dispozitive de cuplare la care arcul spiral nu mai serveşte la transmiterea cuplului de pornire şi nu mai lucrează la întindere, ci la compresiune, având rolul de tampon (fig.3.26.c). La acest mecanism, arborele are caneluri de-a lungul cărora se poate deplasa bucşa filetată.

Dispozitivele de cuplare prin inerţie se folosesc, în general, pentru demaroare de putere mică, sub 1,5 CP. Ele prezintă avantajul ca sunt foarte simple, nu necesită mecanismul cuplă cu roată liberă şi au o angrenare uşoară, datorită mişcării elicoidale a pinionului. Ca dezavantaje se menţionează faptul că nu pot transmite cupluri mari, produc uzura dinţilor pinionului, în care caz cuplarea nu se mai face bine şi, în plus, produce zgomot.

Demaroare cu cuplare mecanică (forţată) (fig.3.27.a). La demaroarele cu cuplare forţată, numite şi demaroare cu pedală, deplasarea axială a pinionului spre coroana se realizează prin mişcarea unui levier cu furcă care este acţionat mecanic printr-un sistem de pârghii de către şofer. Odată cu deplasarea levierului, se închide şi circuitul de alimentare a demarorului. Pentru aceasta, demaroarele cu acţionare mecanică sunt prevăzute cu un întreruptor simplu

50

(fig.3.25.c) sau un întreruptor dublu care poate produce scurtcircuitarea rezistenţei adiţionale a bobinei de inducţie (fig.3.25.d).

Demaroare cu cuplare electromagnetică (fig.3.27 b şi c). Demaroarele cu cuplare electromagnetică, numite şi demaroare cu electromagnet sau cu solenoid, au în prezent utilizarea cea mai mare la motoarele uzuale.

La demaroarele cu electromagnet, levierul furcii (de deplasare a pinionului) este acţionat de către tija unui electromagnet montat pe carcasa electromotorului (fig.3.27.b). În afara pieselor ataşate la demarorul cu pedală, demarorul cu electromagnet mai cuprinde (fig.3.27): tija miezului 11, piesa de reglare 12, arcul tijei 13, arcul miezului 14, miezul electromagnetului 15, carcasa 16, înfăşurările electromagnetului 17, contactul mobil 18 şi contactele fixe cu borne 19.

Alimentarea electromotorului de la bateria de acumulatoare se poate face direct prin întreruptorul de pornire (fig.3.25.e), sau prin intermediul unui releu auxiliar RA (fig.3.25.f).

Exceptând acţionarea electromagnetică, funcţionarea dispozitivului de cuplare principial este asemănător cu cel cu pedală, în sensul că mai întâi se realizează cuplarea pinioanelor, după care se realizează conectarea (alimentarea) electromotorului. Ca particularităţi, se menţionează următoarele: în cazul când, în timpul cuplării, un dinte al pinionului este oprit de un dinte a1 coroanei, arcul elicoidal al dispozitivului de cuplare se comprimă şi permite deplasarea în continuare a levierului cn furcă şi a miezului care determină închiderea contactelor şi, ca urmare, rotirea pinionului care facilitează angrenarea.

Fig.3.27. Demaroare cu cuplare: a. mecanică; b şi c electromagnetică

Arcul elicoidal a1 dispozitivului de cuplare amortizează şocurile la cuplare cu coroana, iar arcul tijei de antrenare menţine în repaus dispozitivul de cuplare depărtat de coroana în timpul deplasării automobilului. Arcul miezului este destinat pentru readucerea furcii, dupa ce motorul a pornit şi s-a întrerupt contactul electric. Pinionul se decuplează ca urmare a efectului arcului miezului şi a canelurilor elicoidale. Arcu1 miezului se alege mai puternic decât arcul tijei.

În ceea ce priveşte alimentarea electromagnetului, există construcţii cu o singură înfăşurare sau cu două înfăşurări. În ultimul caz (fig.3.25.e), înfăşurare serie numită şi înfăşurarea de atracţie, este conectată în paralel cu

51

contactele principale şi, deci, în serie cu înfăşurările demarorului, iar infăşurarea derivaţie numită, şi înfăşurare de menţinere. Înfăşurarea de excitaţie şi rotorul demarorului sunt alimentate prin intermediul înfăşurării serie sau de atracţie a electromagnetului. Aceasta face ca rotorul demarorului să se rotească lent şi, în acelaşi timp, să fie atras lent miezul electromagnetului contribuind prin aceasta la o mai bună angrenare a pinioanelor. După închiderea contactelor electromagnetului, înfăşurarea de atracţie este scurtcircuitata, astfel încât întreaga tensiune se aplică asupra înfăşurării de excitaţie a demarorului şi rotorul se va roti mai rapid. Miezul electromagnetului continuă sa fie atras de către înfăşurarea de menţinere întrucât este necesară o forţă mai mică de atractie. Se întrerupe circuitul de alimentare a electromagnetului prin întreruptorul de pornire. Înfăşurările de atracţie şi de menţinere dau câmpuri inverse şi miezul revine în poziţia iniţială, întrerupând contactele electromagnetului.

3.6. Instalaţii electrice auxiliare

3.6.1. Construcţia şi clasificarea farurilorIluminarea drumurilor pe timp de noapte sau în alte condiţii de vizibilitate redusă se realizează cu ajutorul

farurilor. Buna funcţionare a acestora constituie o condiţie absolut necesară pentru a conferi automobilului siguranţă şi securitate în circulaţie. O cerinţă importantă a farurilor este aceea de a ilumina drumul în mod uniform, pe o lărgime convenabilă şi o rază de vizibilitate cât mai mare, în special la viteze mari. Urma petei luminoase pe şosea trebuie să fie cu o distribuţie cât mai uniformă, fără a produce orbirea celor care circulă din sens opus.

Farurile automobilelor sunt formate din sursa de iluminară primară sau becul, elementul optic format din dulie, reflector şi dispersor şi corpul sau carcasa farului cu ramă.

Sursele primare sunt constituite în general din lămpile cu incandescenţă (becurile) şi numai în anumite cazuri se folosesc lămpile (tuburile) fluorescente, care necesită tensiuni alternative de valoare relativ mare.

Becurile auto (fig.3.28) sunt formate din două filamente incandescente: 2 faza scurtă şi 3 faza lungă, cu electrozii suport încorporaţi în izolatorul de sticlă, balonul care închide sistemul incandescent şi soclul 6 cu flanşă metalică.

Filamentele reprezintă partea activă a becului, utilizîndu-se în acest sens materiale care rezistă la temperaturi maxime Ts ca: wolframul (3370 0C), tantalul (2800 0C) şi osmiu (2500 0C). În prezent, cel mai utilizat material la construcţia filamentelor este wolframul. De dimensionarea filamentului şi de calitatea materialului utilizat depind caracteristicile funcţionale ale becului privind: tensiunea de utilizare (în V), puterea (în W) şi fluxul luminos (în lm). În ceea ce priveşte caracteristicile luminoase ale becurilor din diagrama prezentată în fig.3.29, se constată că la o creştere cu 10% a tensiunii de alimentare, aceasta produce o creştere cu circa 50% a fluxului luminos , în schimb, durata de funcţionare D a becului se reduce la circa 27%.

Fig.3.28. Bec auto pentru far

52

Fig.3.29. Dependenţa duratei de funcţionare D şi a fluxului luminos în funcţie de variaţia tensiunii de alimentare

Din punct de vedere a numărului de filamente, becurile auto pot fi cu filament simplu (normal) sau cu două filamente (bilux, fig.3.28), ultimele fiind utilizate la faruri. După tensiunea de utilizare, becurile se construiesc pentru 6, 12 şi 24 V. De asemenea, ele se execută pentru diferite puteri, cuprinse între 25 şi 55 W, cele mai utilizate fiind de 45+40 W. Filamentul de 45 W se utilizează pentru faza lungă, iar filamentul de 40 W pentru faza scurtă sau de întâlnire. Filamentul 3 al fazei lungi se află în focarul elementului optic, de aceea razele luminoase ale fazei lungi sunt concentrate într-un fascicul îngust, dirijat aproape paralel cu axa reflectorului, respectiv cu suprafaţa drumului, şi luminează puternic la distanţe mari de 100-200 m. Filamentul 2 al fazei scurte este plasat în faţa focarului oglinzii şi este prevăzut la partea inferioară cu un ecran metalic special 1. Acesta are rolul de a dirija fasciculul luminos spre partea superioară a oglinzii, după care este proiectat în jos, până la o distanţă de 30-50 m. Dacă se îndreaptă fasciculul luminos al fazei scurte spre un perete (ecran), atunci pata luminoasă va avea forma unei elipse, cu jumătatea superioară tăiată. Linia superioară de iluminare, în partea stângă a petei luminoase, trece prin axa orizontală a elipsei, iar partea dreaptă - după o linie care pleacă în sus din centrul elipsei, sub un unghi de 15 0 faţă de axa orizontală, obţinându-se astfel iluminarea asimetrica. O astfel de formă a fasciculului luminos asigură o iluminare bună a drumului (în special a părţii drepte) şi micşorează posibilitatea de orbire a şoferilor care circulă din sens opus.

La unele faruri, în elementul optic, în faţa becului, se montează un ecran. EI reţine razele centrale paralele, emise de filamentul becului şi asigură delimitarea mai accentuată a graniţei (între zona luminoasă şi cea întunecată) superioare a fasciculului luminos al fazei scurte, ceea ce asigură efectuarea mai precisă a reglajelor la faruri.

În afară de iluminatul asimetric, se foloseşte şi sistemul de iluminat cu fascicul concentrat. La acesta, fasciculul fazei scurte este de aceeaşi intensitate luminoasă cu cel al fazei lungi, este concentrat şi dirijat în jos, iar la schimbarea fazelor intensitatea luminoasă nu se schimbă. De asemenea, fazele lungi ale celor două faruri luminează şoseaua încrucişat, iar la schimbarea fazelor, numai farul din dreapta trece pe faza scurtă, farul din stânga rămânând pe faza lungă, luminând la distanţă partea dreapta a drumului fără să producă orbirea.

Balonul becului, în formă de bulb, închide ermetic filamentul becului. Balonul din sticlă închide un spaţiu în care s-a făcut vid, după care se introduc anumite gaze rarefiate, ce au drept scop ridicarea tensiunii efective de lucru, creşterea puterii şi eficacitatea luminoase, respectiv randamentul luminos, şi anume: vid – 8 lm/W, azot - 12 lm/W, argon -16 lm/W, crypton - 20 lm/W, vapori de iod (halogen) - 24 lm/W.

În afară de randamentul ridicat, lămpile cu iod au o strălucire şi o durată de viaţă dublă în raport cu cele obişnuite, un volum mai mic şi o centrare mai bună în elementul optic. De asemenea, pentru a face faţă temperaturilor ridicate, sticla balonului a fost înlocuită cu cuarţ transparent.

Soclurile becurilor sunt elemente de legătură care asigură montajul becului, centrarea faţă de elementul optic, cât şi conectarea la reţea a filamentelor prin intermediul bornelor, balonul este rigidizat de soclu prin intermediul unui lac special. În general, toate soclurile becurilor auto, cu excepţia celor tubulare (sofit) sunt cu fixare în sistem baionetă.

Din punct de vedere al dispunerii bornelor pe soclul baionetă, există următoarele construcţii : - tipul francez - cu trei borne dispuse asimetric; - tipul Bosch - cu trei borne simetrice de mărimi diferite; - tipul american - cu trei borne simetrice, acestea fiind marcate cu indicaţia "sus" sau "jos" pentru a nu fi inversate la montare. Două borne sunt pentru alimentarea filamentelor fazei lungi 8 (fig.3.28), respectiv fazei scurte 7, iar al treilea - comun - pentru masă.

Din punct de vedere al modului de ghidare şi fixare a soclului în dulie sau în elementul optic, soclurile sunt de două feluri : - cilindrice cu ghidaj pe suprafaţa laterală (fig.3.30.a);

53

- cilindrice cu ghidaj pe faţa frontală (cu flanşă) (fig.3.30.b). În primul caz, contactul plotului central al soclului se realizează prin intermediul unui contact cu arc din dulie.

În cel de al doilea caz, contactul se realizează prin intermediul mufei 10 (fig.3.28) cu prize prevăzute cu fişe speciale. Racordarea mufei cu borne, în instalaţia electrică a farurilor se realizează prin intermediul a trei conductoare.

Elementul blocului optic - nedemontabil - se compune din oglinda reflectoare şi geamul dispersor etanş de oglindă. Oglinda reflectoare, confecţionată din tablă de oţel prin ambutisare, are forma unui parabolid de rotaţie şi are rolul de a mări intensitatea şi de a concentra fasciculul de raze luminoase, proiectându-le în lungul axei sale, în situaţia când filamentul becului se află în focarul său. Cea mai mare parte a razelor emise de filament sunt reflectate de oglindă, care măreşte intensitatea de iluminare, obţinându-se astfel un fascicul puternic care asigură iluminarea optimă a drumului pe distanţe mari.

Fig.3.30. Modalităţi de ghidare şi fixare a soclului becului în dulie: a. Ghidaj pe suprafaţa laterală; b. Ghidaj pe faţa frontală cu flanşă

O mică parte din razele emise de filament ies direct, fără a mai reflectate de oglindă. Intensitatea luminoasă a acestor raze (directe) este mult mai slabă, sunt împrăştiate, iar la distanţa de 5-10 m îşi pierd eficacitatea. Pentru realizarea oglinzii, suprafaţa interioară a reflectorului este acoperită cu lac, după care se depune un strat subţire de oxizi de aluminiu, prin procedeul de sublimare (metalizare) a aluminiului în vid (aluminizare). În afara de aluminiu, care are o utilizare largă, datorită avantajelor pe care le prezintă din punct de vedere economic, se mai utilizează materiale albe, cu coeficient mare de reflexie, şi anume: argint suflat sau depus pe sulfură de argint, nichel sau crom depus prin metode electrolitice. Capacitatea cea mai bună de reflexie o are argintul, care nu se aplică în fabricaţia de serie, fiind scump.

Natura materialului, calitatea suprafeţei, precum şi forma şi dimensiunile geometrice ale reflectorului determină calitatea fasciculului de lumină reflectat. Astfel, pentru a obţine ca pe suprafaţa parabolică a re flectorului să cadă un număr cât mai mare de raze emise de filament, constructiv s-a urmărit a se micşora la minim distanţa focală, concomitent cu mărirea diametrului reflectorului. În faţa reflectorului, şi montat etanş de acesta, se află şi un geam dispersor. Suprafaţa exterioară a dispersorului este netedă, iar cea interioară este prevăzută cu un sistem combinat de lentile prismatice, cilindrice, etc., care au rolul de a produce reflexia şi refracţia necesară, respectiv de a uniformiza şi împrăştia (dispersa) fasciculul de raze reflectate, în forma şi intensitatea cea mai buna pentru iluminat.

Dispersarea fasciculului de raze luminoase are loc mai mult în plan orizontal, decât în plan vertical, fapt care îmbunătăţeşte substanţial iluminarea drumului şi, în special, a marginilor acestuia, unde se află de regulă majoritatea obstacolelor care prezintă un pericol potenţial pentru siguranţa circulaţiei pe timp de noapte.

De aceea, în situaţia când se îndreaptă fasciculul de raze luminoase a fazei lungi pe un perete (ecran), pata luminoasă va avea forma unei elipse. O astfel de dispersare a luminii asigură o iluminare optimă a drumului în faţa automobilului, înlătură contrastele, umbrele, petele prea luminoase sau întunecate, cât şi eliminarea jocurilor de umbre şi pete luminoase, care apar în timpul mersului, obosesc ochiul, făcând conducerea grea sau chiar imposibila. De asemenea, dispersorul asigură iluminarea optimă a drumului în imediata apropiere a automobilului, fapt care contribuie la uşurarea conducerii.

Corpul de iluminat este confecţionat din tablă vopsită, la care, prin intermediul arcurilor şi a două şuruburi se fixează rama interioară. În această ramă sunt practicate trei degăjari în care pătrund clemele de fixare a elementului optic. Degajările în rama respectiv clemele blocului optic sunt dispuse asimetric faţă de axa farurilor.

Farurile trebuie instalate la înălţimea maximă faţă de sol de 1,10 m, iar cea minimă de 0,45 m; depărtarea maximă de la marginea caroseriei trebuie să fie de 0,40 m, sau sub 0,30 m, când lămpile de semnalizare sunt montate la

54

un loc cu farurile; depărtarea între faruri trebuie să fie mai mare de 0,60 m. Culoarea luminii trebuie să fie identică la ambele faruri, albă sau galbenă.

Din punctul de vedere a1 formei corpu1ui, locului de montare şi număru1ui acestora, se poate face următoarea clasificare a farurilor: - Faruri aparente. Aceste faruri au în mod obligatoriu carcasă, sunt de sine stătătoare şi au o formă geometrică bine determinată. S-au utilizat la autovehiculele de tip mai vechi, iar în prezent se utilizează la tractoare, motociclete, etc. - Farurile îngropate pot fi cu sau fără carcasă. Ele se încorporează estetic şi aerodinamic în partea frontală a caroseriei. Ele reprezintă tipul constructiv cel mai utilizat în prezent. - Faruri duble (Dual System) sunt de tip îngropat. Astfel, cele două faruri exterioare se folosesc pentru iluminatul de distanţă (faza lungă), cât şi pentru iluminatul de întâlnire (faza scurtă). Farurile interioare se folosesc numai pentru iluminatul de distanţă; filamentul fazei scurte al acestora nu este racordat la reţea. La conectarea fazei lungi se aprind toate cele patru faruri, asigurând o iluminare bună şi uniformă a drumului, iar la conectarea fazei scurte luminează numai farurile exterioare. Farurile exterioare se deosebesc de cele interioare prin sistemul de prisme ale dispersoarelor.

Fig.3.31.Farul autoturismului Dacia 1300- Faruri dreptunghiulare. Reflectorul nu mai este de formă paraboloid de rotaţie, el este format din suprafeţe parabolice racordate. Realizează o distribuţie mai bună a fasciculului luminos, pretinzându-se mai bine la iluminatul asimetric.

Din punct de vedere a1 uti1izării pe automobi1e, farurile pot fi clasificate astfel: - faruri pentru iluminatul drumului, care au fost prezentate mai sus; - faruri pentru ceaţă; - faruri de căutare.

Farurile de ceaţă se caracterizează prin aceea că utilizează razele de lumină galbenă, distanţa focală a reflectorului este mai mică decât a fazei de încrucişare, pentru concentrarea fasciculului luminos pe distanţă mică, iar dispersorul prezintă o îngroşare importantă la partea superioară. În ceea ce priveşte poziţionarea farurilor de ceaţă, distanţa de la sol trebuie să fie de maxim 0,25 m, iar distanţa de 1a marginea 1aterală a caroseriei nu trebuie să depăşească 0,40 m.

Farurile de căutare echipează în general autovehiculele cu destinaţie specială. Pentru obţinerea unui fascicul concentrat, care să lumineze 1a distanţe cât mai mari, se foloseşte un reflector de tip adânc şi un dispersor cu lentilă.

3.6.2. Lămpile pentru iluminarea interioară

3.6.2.1. Generalităţi

Lămpile pentru iluminarea interioară au rolul de a ilumina interiorul habitaclului, cât şi a compartimentului motorului şi portbagajului. Din această categorie fac parte următoarele corpuri de iluminat: plafonierele, lămpile sub capotă, lămpile pentru iluminarea cutiei cu acte şi lămpile portbagaj.

În afară de iluminatul interior general, indicat mai sus, mai există şi iluminatul local pentru aparatele de bord şi bricheta electrică.

Lămpile pentru iluminarea interioară sunt de construcţie simplă, confecţionate în general din materiale plastice cu întreruptor încorporat. Plafonierele mai au în plus întreruptoare acţionate prin deschiderea uşilor. Alimentarea plafonierelor se face de la circuitul de curent permanent.

3.6.2.2. Lămpile pentru iluminarea exterioară

Lămpile pentru iluminarea exterioară au rolul de a ilumina în exteriorul automobilului. Din această categorie fac parte: lămpile de poziţie, lămpile pentru iluminarea numărului de înmatriculare, lămpile pentru mersul înapoi şi lămpile portative cu elementele componente respective. Pentru evitarea pătrunderii apei şi prafului, între corpul lămpii şi dispersor, cât şi între corpul lămpii şi caroserie se intercalează garnituri din cauciuc sau materiale plastice.

55

Lămpile de poziţie, denumite şi lămpi de gabarit indică prin poziţionarea lor gabaritul automobilului atât în timpul deplasării, cât şi al staţionării acestuia. În acest scop ele se montează la maxim 0,30-0,40 m de la marginea limită laterală a automobilului. Deobicei, lămpile de poziţie din faţă sunt combinate cu cele de semnalizare schimbare direcţie, iar cele din spate sunt combinate în plus cu lămpile de stop. Dispersoarele lămpilor de poziţie sunt de culoare alba sau oranj. În soclu se montează becul cu două filamente (ex.filamentul de 21 W serveşte pentru semnalizarea schimbării direcţiei, iar filamentul de 5 W pentru lumina de poziţie).

Lămpile pentru iluminarea numărului de înmatriculare se montează de regulă în locaşul practicat în bara de protecţie spate. Dispersoarele executate din materiale plastice transparente mate, de culoare albă, dirijează un fascicul îngust de raze de lumină pe placa numărului, fără a lăsa posibilitatea acestora sa fie reflectate înapoi. La unele construcţii, lămpile sunt prevăzute cu un abajur special de dirijare a razelor de lumină pe placa numărului. Pentru mărirea siguranţei, cele două becuri sunt alimentate prin două circuite separate, de la circuitul luminilor de poziţie.

Lămpile pentru mersul înapoi se conectează în mod automat la cuplarea treptei de mers înapoi a cutiei de viteze, alimentarea efectuându-se de la circuitul de curent permanent sau prin conectarea prealabilă a luminilor de poziţie. Ele se montează pe panoul din spate al autoturismului sau în lămpile triple din spate. Dispersoarele executate din material plastic sunt de culoare albă. Alimentarea lămpilor se face de obicei de la circuitul luminilor de poziţie.

Lămpile portative sunt formate din lampa propriu-zisă, cablu bifilar, cu lungimea de 4-5 m; ştecherul şi priza respectivă. Alimentarea prizei se face de la circuitul de curent permanent. In tabelul 3.1 se dau puterea becurilor folosite la lămpile autoturismelor.

Tabelul 3.1 Puterea şi tipurile de becuri folosite la autoturisme

3.6.2.3. Lămpile pentru semnalizarea optică

Lămpile pentru semnalizarea optică au rolul de a avertiza - prin aprinderea lor - intenţiile sau manevrele pe care urmează sa le efectueze şoferul ca, de exemplu, semnalizarea momentului începerii frânării, schimbării direcţiei spre dreapta sau spre stânga a automobilului sau intenţia de depăşire a acestuia. Ele se caracterizează printr-o iluminare puternică, utilizându-se becuri până la 21 W. De asemenea, prin aprinderea unor lămpi sau reflectarea razelor luminoase primite din afară, în special pe timp de noapte, se pune în evidenţă prezenţa, cât şi dimensiunile de gabarit ale automobilului, în cazul luminilor de poziţie, lămpilor de semnalizare a deschiderii uşilor din faţă. Lumina emisă de acestea este mai slabă ca în primul caz, utilizându-se becuri de circa 5 W. În primul caz semnalizarea se face cu lumină intermitentă, pe când în cel de al doilea caz - cu lumina cu intensitate constantă.

Pentru dispersoarele din faţă se utilizează culoarea albă sau portocalie, iar pentru cele din spate - culoarea portocalie sau roşie. Lămpile de semnalizare a schimbării direcţiei se montează spre părţile exterioare ale automobilului.

Lămpile de semnalizare a schimbării direcţiei, combinate cu cele de poziţie, se fixează pe părţile laterale ale caroseriei automobilului. La unele construcţii se mai utilizează lămpi de semnalizare laterale, montate pe aripile din faţă. Aşa cum s-a arătat lămpile pot fi cu un compartiment sau cu mai multe. Astfel, la lămpile cu două compartimente , în compartimentul mare se montează becul cu filamentul de 21 W pentru semnalizarea schimbării direcţiei, iar în compartimentul mic - becul cu filamentul de 5 W pentru luminile de poziţie.

Dispersoarele sunt de material plastic, cu profil striat, pentru a difuza lumina fără a o reflecta. Pentru dispersoarele din faţă, culoarea albă (spre interior) se foloseşte pentru luminile de poziţie, iar culoarea roşie (spre exterior) - pentru semnalizarea schimbării direcţiei. Pentru dispersoarele din spate se foloseşte culoarea oranj sau roşie.

56

Semnalul luminos, dat de lămpile de semnalizare, trebuie să aibă o astfel de intensitate, încât ziua să fie văzut de la minimum 500 m, iar noaptea - de la minimum 700 m.

Lămpile de stop servesc pentru a avertiza pe conducatorul auto din spate asupra intenţiilor de încetinirea vitezei sau frânare totală a autmobilului. Lămpile de stop sunt combinate cu cele de poziţie şi de semnalizare a schimbării direcţiei. Dispersoarele sunt executate din masă plastică având striuri, astfel încât lampa să difuzeze lumina, fără a reflecta fascicule de raze suparătoare pentru ochiul conducatorului unei maşini care vine din spate. Dispersoarele sunt colorate în oranj pentru semnalizarea schimbării direcţiei, şi roşu - pentru stop pe frână (21 W) şi poziţie (5 W).

Normele prevăd ca lumina lămpii de stop să fie vizibilă ziua de la minimum 50 m, iar noaptea de la minimum 500 m. În situaţia când compartimentele sunt dispuse în plan orizontal, compartimentul pentru semnalizarea schimbării de direcţie trebuie să se afle spre partea exterioară a autoturismului.

Catadioptrul sau ,,ochiul de pisică” se deosebeşte de lămpile obişnuite prin aceea că deşi nu este prevăzut cu becuri, totuşi constituie element de semnalizare prin faptul că reflectă lumina ce cade pe suprafaţa lui. Elementul reflectorizant, de culoare roşie, se execută din material plastic. Suprafaţa exterioară a elementului este netedă, iar cea interioară este prevăzută cu un sistem de prisme care reflectă lumina. Catadioptrul poate fi separat sau încorporat în dispersorul lămpilor triple din spate.

Lămpile de avertizare a deschiderii uşilor se montează la partea frontală a uşilor. Ele sunt de construcţie îngropată, fiind prevăzute cu un dispersor de culoare roşie, din material plastic. Puterea becului este de 5 W.

3.7. Întreruptoare, comutatoare, relee şi casete de siguranţe 3.7.1. Generalităţi

Din această grupă fac parte elementele de comutaţie servind la închiderea, deschiderea sau comutarea diverselor circuite, realizându-se în acest fel intrarea sau scoaterea din funcţiune a diverşilor consumatori electrici din instalaţie sau modificări în regimul de funcţionare a acestor consumatori.

Datorită creşterii numărului de funcţii şi complexităţii echipamentului electric al automobilului, şi elementele de conectare prezintă o diversitate constructivă şi funcţională foarte mare.

Părţile componente ale întreruptoarelor sunt: elementul de acţionare; mecanismul de racordare; contactele fixe şi mobile; elementele de asigurare a presiunii pe contacte, cât şi diversele părţi constructive, carcase, borne, garnituri de etanşare, etc.

Clasificarea întreruptoarelor şi comutatoarelor se poate face după mai multe criterii şi anume: - Din punct de vedere al numărului de poziţii, acestea pot fi cu 2, 3, 4 sau mai multe poziţii; în primul caz se încadrează întreruptoarele, iar în ultimele cazuri comutatoarele. Poziţia acestora poate fi stabilă (prevăzute cu elemente de blocare) sau instabilă. In ultimul caz, elementul de acţionare, când este eliberat, revine automat în poziţia iniţială sub acţiunea unor arcuri de readucere. - Din punct de vedere al parametrilor electrici nominali elementele de conectare se clasifică în funcţie de valoarea tensiunii nominale şi a curentului nominal.

După tensiunea nominală, acestea pot fi pentru 6, 12 sau 24 V. Curentul nominal, prin contacte, constituie un parametru foarte important în alegerea şi utilizarea

conectoarelor, deoarece acesta poate varia de la fracţiuni de amperi la zeci sau sute de amperi (de exemplu, separatorul de baterie). De asemenea, este important să se cunoască dacă produsul comandă circuite pur rezistive, circuite inductive, sau ambele. - Din punct de vedere al etanşeităţii soluţiile constructive pot fi prevăzute cu sau fără elemente de etanşare . - Din punct de vedere al duratei de conectare, acestea pot fi de scurtă durată (de exemplu claxonul de lumini) sau de lungă durată (luminile de poziţie, farurile, etc.). - Din punct de vedere al modului de acţionare, întreruptoarele pot fi acţionate hidraulic, pneumatic, electromagnetic sau mecanic. În primele două cazuri acţionarea se realizează prin variaţia presiunii din diferite circuite hidraulice (conectorul presiunii de ulei) sau pneumatice.Acţionarea electromagnetică se realizează cu ajutorul unor relee sau electromagneţi (de exemplu, releul de conectare a demarorului). Întreruptoarele mecanice pot fi acţionate manual, cu piciorul.

Majoritatea întreruptoarelor sunt cu acţionare manuală, şi e1e, la rândul 1or, pot fi împărţite în următoarele categorii: - Întreruptoare1e rotative pot fi acţionate prin mânere sau chei. - Întreruptoarele axia1e, acţionate prin tragere, au deobicei 2 sau 3 poziţii (lumini poziţie, bord şi faruri).- Întreruptoarele basculante pot fi de tipul cu tijă (pârghie de acţionare) sau cu clapetă de acţionare (întreruptoare tip cumpănă). Acestea au, de obicei, doua sau trei poziţii şi mai rar patru.- Întreruptoarele combinate înglobează în acelaşi produs mai multe întreruptoare şi comutatoare, fiind prevăzute cu mai multe elemente de acţionare, de regulă, cu tije basculante sau combinate. De exemplu, semnalizarea schimbării direcţiei, comanda luminilor de poziţie, luminilor de drum şi de întâlnire, semnalizarea sonoră şi luminoasă. - Din punct de vedere al funcţiilor îndeplinite pe automobil:

57

Separatoare1e de baterie se amplasează pe circuitul, principal, în imediata apropiere a bateriei sau pe traseul baterie-demaror. Separatoarele se dimensionează pentru curenţi de 250-400 A, iar curentul de scurta durată (5 s), admis, este de ordinul sutelor şi miilor de amperi.

Întreruptoare1e principale sunt acţionate cu cheie: prin intermediul unui mecanism Yalle, denumite comutatoare cu cheie de contact sau, pe scurt, cheie de contact. La motoarele diesel întreruptoarele principale mai sunt prevăzute cu o poziţie suplimentară pentru preîncălzire înaintea pornirilor la rece (sistem cu bujii incandescente sau sistem cu termoinjector).

Comutatoare1e pentru 1umini servesc la conectarea următoarelor circuite: a. lumini de poziţie şi gabarit, lampa numărului de înmatriculare şi iluminarea aparatelor de bord; b. lumini de întâlnire (faza mică); c. lumini de drum (faza mare).

Ele au de obicei trei sau patru poziţii.Acţionarea comutatorului pentru semnalizare se realizează prin bascularea (în stânga-dreapta) a pârghiei sau

prin bascularea şi rotirea pârghiei.Comutatoarele pentru semnalizarea direcţiei servesc la alimentarea circuitului de semnalizare a schimbării

direcţiei. Ele sunt de tipul basculant, cu tijă de acţionare şi trei poziţii: dreapta, mijloc şi stânga.Întreruptoarele (butoanele) c1axoanelor servesc la alimentarea avertizoarelor acustice.

Întreruptoarele circuitelor de semnalizare a frânei de mână sau butonul de şoc trase au rolul de a închide (respectiv întrerupe) circuitul de alimentare a becurilor de semnalizare montate la bordul automobilului, acţionarea întreruptoarelor efectuându-se prin deplasarea organelor respective de comandă.

Întreruptoarele lămpilor pentru mersul înapoi au rolul de a conecta lămpile respective în situaţia când se cuplează treapta de mers înapoi a schimbătorului de viteze. Ele se montează prin înşurubare în carcasa cutiei de viteze, astfel încât butonul de acţionare să se sprijine pe tija furcii de cuplare a treptei de mers înapoi.

Întreruptoare1e de la uşi au rolul de a conecta plafonierele sau lămpile de semnalizare a deschiderii uşilor automobilului. Sunt de tipul cu contacte normal închise, corpul se montează îngropat în tocul uşilor. La închiderea uşii, prin apăsarea produsă asupra butonului, contactele se îndepărtează, întrerupând legătura la masă cât şi alimentarea plafonierelor .

Întreruptoarele şi comutatoarele pentru comanda motorului electric al ştergătorului de parbriz, motorul electric pentru climatizare, etc. Acestea pot fi construite din simple întreruptoare sau comutatoare, ultimele având o schemă de conexiuni mai complexă, acest lucru fiind în funcţie de numărul de viteze de funcţionare a electromotorului respectiv, de schema de schimbare a vitezelor şi de alte particularităţi constructive ale electromotoarelor.

3.7.2. Relee de semnalizare a schimbării direcţiei

Releele de semnalizare a schimbării direcţiei au rolul de a întrerupe şi a restabili periodic circuitul în scopul realizării iluminării intermitente de o anumită frecvenţă, necesară alimentării lămpilor de semnalizare a schimbării direcţiei.

După tipul constructiv al elementului generator de impulsuri, releele de semnalizare optică pot fi: termoelectromagnetice cu fir rezistiv, electrotermice cu lamă bimetalică şi electronice. În prezent, cele mai utilizate relee, sunt releele cu fir rezistiv datorită construcţiei, relativ simple, preţului de cost scăzut, cât şi satisfacerii cerinţelor impuse de majoritatea autoturismelor. Releele electronice se aplică în special la autovehicule de puteri mari sau autotrenuri prevăzute cu mai multe lămpi de semnalizare şi respectiv, puteri mai mari ca, de exemplu, autocamioane.

În situaţia când se arde un bec, releul va fi parcurs de un curent mai mic, frecvenţa întreruperilor se micorează, iar becul de control de la bord nu se aprinde.

În tabelul 3.2 sunt prezentate caracteristicile tehnice ale unor relee termoelectromagnetice cu fir rezistiv.Tabelul 3.2

Caracteristicile tehnice ale releelor de semnalizare a direcţiei

58

3.7.3. Relee de comandă Alimentarea receptoarelor de puteri şi curenţi relativ mari ca, de exemplu, farurile, claxoanele, unele

electromotoare etc., se efectuează prin intermediul releelor de comandă. Prin introducerea releelor de comandă valoarea curentului prin contactele întreruptorului, cât şi prin circuitul

de comandă, se reduce la valori mai mici de 0,5 A. Curentul circuitului principal de alimentare a receptoarelor trece prin contactele releului care sunt calculate pentru curenţi de ordinul 15-25 A. Prin aceasta se înlătură uzura şi deteriorarea contactelor întreruptoarelor, micşorarea căderilor de tensiune, cât şi realizarea economiei de materiale. În plus, ele rezolvă o serie de probleme privind încălzirea, izolarea, micşorarea secţiunii conductoarelor, etc. Principial, au o construcţie asemănătoare, deosebindu-se prin parametrii electrici ai bobinajului (6 V, 12 V şi 24 V), valoarea curentului, numărul de circuite (2 sau 3), numărul de borne (3, 4 sau 5) şi poziţia contactelor în stare de repaus (de nefuncţionare). Cele mai utilizate relee de comanda sunt cele cu patru borne şi două circuite şi anume: - circuitul de comandă sau circuitul prin înfăşurarea (bobina) de excitaţie; valoarea curentului prin acest circuit, cât şi prin contactele întreruptorului respectiv, este de ordinul 0,3-0,5 A; - circuitul principal, respectiv prin contactele releului. Valoarea curentului prin acest circuit care alimentează receptorii respectivi este de ordinul 15-25 A.

Tabelul 3.3Caracteristicile tehnice şi de reglaj a releelor de indicare a încărcării bateriei, de comandă a farurilor şi claxoanelor

59

3.7.4. Siguranţe Siguranţele sunt dispuse pe tabloul de distribuţie sau casete (cutii) şi patroane montate pe circuitele pe care le

protejează. Din punct de vedere constructiv, siguranţele pot fi cu fir calibrat, cu bimetal sau semiautomate care închid circuitul la comandă manuală, şi siguranţe automate, care restabilesc singure circuitul. Cele mai utilizate sunt sigu-ranţele fuzibile, cu fir calibrat. Firele sunt normalizate pentru 2, 8, 10, 15 (16), 20, 25 A, etc. Ele se înlocuiesc cu altele de acelaşi tip şi numai pentru curentul respectiv, după depistarea cauzei care produce scurtcircuitul.

Există şi circuite care nu sunt protejate prin siguranţe ca, de exemplu: instalaţia de aprindere, instalaţia de pornire (demaror), circuitul de încărcare a bateriei cu excepţia circuitului de alimentare a regulatorului de tensiune, releul de comandă a farurilor, înfăşurarea de excitaţie a releului electroventilatorului instalaţiei de răcire a motorului, etc.

Astfel, pe autoturismele DACIA-1300, se monteazăi în compartimentul motorului caseta de siguranţe, cu şase siguranţe fuzibile, având următoarele destinaţii: - nr. 1 şi 2 de 8A - protejează circuitele de alimentare a filamentelor fazelor lungi ale farurilor; - nr. 3 şi 4 de 8A - protejează circuitele de alimentare a filamentelor fazelor scurte ale farurilor; - nr. 5 de 15A - protejează circuitele de alimentare a releului de semnalizare schimbare direcţie, aparatele de bord şi lămpile de semnalizare avarii, electromotorul climatizorului şi lămpile de stop; - nr. 6 de 15A - protejează circuitele de alimentare a claxoanelor, plafonierelor, brichetei, lămpii portbagaj, electromotor ştergător de parbriz şi lămpi poziţie staţionare.

3.7.5. Instalaţia electrică a claxoanelor Claxoanele fac parte din instalaţia de semnalizare sonoră şi au rolul de a semnaliza din timp pericolul

producerii accidentelor, ele fiind impuse prin normele de circulaţie. Sunetul emis de claxoane trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: să se audă de la distanţă mare (150 m), în special pe drumuri interurbane, să nu fie prea strident, să se producă imediat ce se comandă, să se cunoască uşor direcţia din care -vine şi să fie uşor de comandat de către şofer, de obicei fără a ridica mâna, de pe volan. Folosirea claxonului trebuie să se facă prin semnalizari scurte pentru a nu deranja prea mult, fără a căuta să surprindă sau să sperie. Timbrul şi tonalitatea sunetului trebuie să fie plăcute.

În general, se folosesc claxoanele electrice, care pot fi electromagnetice (cu vibraţii) sau electropneumatice (cu motor electric şi compresor cu aer). Zgomotele şi sunetele sunt sesizate şi apreciate de organele de auz ale omului după nivelul intensităţii acustice, care se măsoară în decibeli (dB). Astfel, valorile medii ale nivelului intensităţii acustice pentru diferite tipuri de claxoane auto la distanţa de 2 m sunt următoarele: - claxoane cu difuzor: 95-110 dB - claxoane cu cornet acustic direcţional: 95-110 dB - claxoane cu cornet acustic exponenţial - bas: 100-110 dB

- alto: 105-120 dB

60

- acordat: 125 dB - claxoane electropneumatice: - bas: 105-110 dB

- alto: 110-125 dB - acordat: 127 dB

Sunetele cu aceeaşi intensitate acustică, dar de frecvenţe diferite se aud diferit, existând frecvenţe limită inferioare, pe care omul nu le aude, dar şi o limită superioară, de la care omul nu mai aude şi are o senzaţie dureroasă.

Instalaţia electtrică a claxoanelor se compune din: claxoane, întreruptorul claxoanelor, siguranţa de 15-16 A, conductoarele electrice şi accesoriile de racordare. La instalaţiile la care valoarea intensităţii curentului absorbit de claxoane depăşeşte 10-12 A, conectarea claxoanelor se efectuează prin intermediul unui releu de comandă.

În general, claxoanele se alimentează de la siguranţa de curent permanent, care protejează în acelaşi timp şi circuitele prizei lămpii portative, brichetei electrice, plafonierelor, lămpilor de avertizare a deschiderii uşilor, ceasului electric, etc.

Automobilele sunt echipate de regulă cu câte două c1axoane electromagnetice, cu tonuri diferite şi anume: unul cu ton înalt (alto), iar altul cu ton jos (bas), acordate armonic în scopul obţinerii unei tonalităţi şi timbru plăcut. Claxoanele sunt montate în compartimentul motorului, fiind fixate în consolă, de traversa din faţă a automobilelor.

Tabelul 3.4Caracteristicile tehnice ale c1axoanelor

3.7.6. Ştergătoarele de parbriz Ştergătoarele de parbriz au rolul de a curăţa parbrizul de ploaie, zăpadă şi murdărie în condiţii atmosferice

nefavorabile. Echiparea automobilelor cu ştergătoare şi spălătoare de parbriz este impusă prin normele de circulaţie pe drumurile publice. Ştergerea se realizează cu ajutorul unor perii sau lamele de cauciuc de 150-200 mm 1ungime, fixate în două braţe acţionate pe partea din afara parbrizu1ui cu o apăsare de 100-150 gf care să asigure ştergerea picăturilor de ploaie şi zăpadă. Mişcarea braţelor este oscilatorie sau de baleiaj. Acţionarea braţelor ştergătoare1or de parbriz 1a autoturisme se poate realiza în două moduri şi anume: - individual, respectiv fiecare braţ este acţionat independent de către un e1ectromotor; - cu un singur electromotor care acţionează simultan ambele braţe prin intermediul unui mecanism bielă manivelă, şi unui angrenaj format din şurub, melc şi roată melcată. Acest sistem se aplică în prezent la ma joritatea autoturismelor, având un preţ de cost mai mic faţă de primul sistem, datorită costurilor celor două electromotoare.

În fig.3.32.a este reprezentat ştergătorul de parbriz cu acţionare individuală a braţului 6 de către electromotorul 7, prin intermediu1 unor angrenaje cu roţi dinţate şi al cremalierei 1. Pe ultima roată dinţată 8, prevăzută cu excentricul 2 se fixează cremaliera 1. Cremaliera angrenează cu roata dinţată 4, care se găseşte fixată pe axul 5 împreună cu braţu1 6 a1 ştergătorului.

Mişcarea de dute-vino a cremalierei produce rotirea roţii dinţate 4 în ambe1e sensuri, respectiv mişcarea de oscilaţie alternativă a braţului. Raportul de transmisie a angrenajelor de roţi dinţate este aproximativ 1:1000. La o viteză de rotaţie a arborelui rotorului electromotorului de 3000 rot/min, axul braţului ştergătorului realizează o viteză de rotaţie echivalentă cu 30 rot/min.

61

Fig.3.32. Ştergătoare de parbriz: a. cu roţi dinţate şi cremalieră; b. Cu şurub melc-roată melcată

Al doilea sistem de acţionare a ştergătoarelor de parbriz (fig3.32.b) cu un singur electromotor 2 utilizează un angrenaj format din şurubul melc 3 şi roata melcată 11, care prin intermediul mecanismului bielă-manivelă 8, transformă mişcarea de rotaţie a roţii melcate 11 în mişcare de oscilaţie alternativă a lamelelor 9 şi 10. Indusul electromotorului are două viteze, care se obţin, prin introducerea sau scoaterea din circuitul excitaţiei a unei rezistenţe suplimentare.

În situaţia când comutatorul 7 se găseşte în poziţia I, rezistenţa 6 este înseriată în circuitul înfăşurării de excitaţie, iar indusul va avea a turaţie mică.

În poziţia II a comutatorului, rezistenţa 6 este scoasă din circuitul înfăşurării de excitaţie, iar indusul va avea o turaţie mare.

În poziţia III se realizează oprirea electromotorului prin întreruperea circuitului faţă de masă. Pentru oprirea ştergătoarelor în poziţiile extreme, în circuitul motorului electric este prevăzut un alt întreruptor cu contactele 5. Aceste contacte se deschid de către împingătorul 4 şi cama 1, aflată pe axul roţii melcate în momentul când ştergătoarele ajung în poziţiile extreme, respectiv în afara câmpului vizual al şoferului.

La alte construcţii, prima viteză a ştergătoarelor se realizează cu mişcare intermitentă cu ajutorul unui releu de temporizare. Puterea consumată de ştergătoarele de parbriz este 20-50 W, când parbrizul este umed, ele putând atinge 75 W pentru construcţiile de putere mare. Acţionarea ştergătoarelor de parbriz cu ajutorul mecanismului bielă-manivelă este în prezent generalizat.

Tabelul 3.5Caracteristicile tehnice ale electromotoarelor ştergătoarelor de parbriz

62

3.7.7. Aparate de bord Aparatele de bord au rolul de a măsura, controla şi de a informa pe conducătorul auto asupra funcţionării

corecte a principalelor elemente funcţionale ale automobilului, preîntâmpinând prin aceasta anumite deranjamente sau accidente.

Pentru controlul funcţional al instalaţiilor sau parametrilor funcţionali ai automobilului se folosesc fie aparate indicatoare, fie sesizoare de alertă sau avarii.

Aparatele indicatoare constituie elemente ale sistemului de măsurare şi control, ale căror dispozitive sunt, în general, construite pe principiul aparatelor de măsurat electrice clasice, având o serie de particularităţi specifice funcţionării în condiţii de exploatare a automobilelor. Spre deosebire de sesizoarele de alertă sau avarii, care lucrează pe principiul situaţiilor limită, aparatele indicatoare controlează în general întreaga zona de funcţionare sau cea mai mare parte a acesteia, constituind astfel un mijloc eficient de informare.

Tabelul 3.6.Aparate electrice de măsurat şi control pentru automobile – tipuri constructive

63

Aparatele de măsura şi control pot fi montate individual, încorporate în tabloul de bord sau aparate combinate monobloc. Scara cadranului poate fi gradată cu cifre numerice sau în culori. În general, domeniul verde corespunde unei funcţionări corecte, iar cel roşu - unei funcţionări defectuoase. Alte culori, (de exemplu, alb sau albastru) indică o funcţionare nepericuloasă, dar în afara regimului optim al acestuia. În ceea ce priveşte funcţionarea aparatelor, acestea se bazează pe principii şi fenomene destul de variate, cunoscându-se în prezent o diversitate mare de aparate pentru aceeaşi destinaţie funcţională. În tabelul 3.6 se prezintă o clasificare a aparatelor de bord după principiul de funcţionare a dispozitivului de măsurat.

3.7.8. Instalaţii de semnalizare avarii

64

Pentru a se preveni producerea unor defecţiuni care pot avea urmări grave asupra funcţionării motorului ş i a automobilului, acestea sunt prevăzute cu instalaţii electrice care au scopul de a controla funcţionarea, în anumite limite, a unor instalaţii şi de a semnaliza apariţia cauzei care ar conduce la producerea defecţiunilor sau avariilor, ca: presiunea insuficientă în instalaţia de ungere a motorului, supraîncălzirea apei din instalaţia de răcire a motorului, scăderea nivelului lichidului sau presiunii aerului din instalaţiile de frânare comandate hidraulic, respectiv pneumatic, rezervă de combustibil în rezervor, indicarea încărcării bateriei de acumulatori, etc.

Instalaţiile de semnalizare avarii funcţionează pe principiul releelor electromagnetice, electronice, electromecanice sau combinate şi care, în cazul ieşirii din zona limită de funcţionare tolerată pentru elementul controlat, semnalizează acest lucru prin aprinderea unei lămpi martor, de regulă roşie, aflată la bordul automobilului, sau acustic, cu ajutorul unor avertizoare acustice, (buzer, etc.) sau combinat.

Instalaţia electrică de semnalizare a avariilor, este în principiu formată dintr-un conector comandat hidraulic, pneumatic, termic, mecanic, electric, etc., o lampă de semnalizare sau avertizorul acustic, conductoare, accesorii şi sursa de curent. Unele instalaţii sunt prevăzute cu un releu pentru realizarea iluminării cu intermitenţă.

Instalaţiile de semnalizare avarii pot fi centrale, adică cu o singură lampă (sau avertizor sonor) centrală, racordată în paralel la mai mu1te conectoare, sistem folosit în special la autocamioane şi autobuze, şi instalaţii individuale, la care fiecare lampă este comandată, în parte, de către un conector, montat în serie, sistem folosit în special la autoturisme. Lămpile de semnalizare se montează la bord, iar traductoarele în locul în care se controlează mărimea de măsurat.

În paralel cu instalaţiile de semnalizare avarii, automobilele sunt echipate cu lămpi de control privind conectarea unor instalaţii. Lămpile sunt, în general, de culoare verde, albastru, portocalie, roşie, etc., iar prin aprinderea lor acestea dau indicaţii privind: conectarea luminilor de poziţie, a fazei lungi, schimbarea direcţiei de mers a automobilului, a frânei de mână sau clapeta de şoc trasă, etc. Ele au acelealşi principii de funcţionare şi aceeaşi componenţă ca şi a instalaţiilor de semnalizare avarii. O clasificare sau o delimitare între cele două categorii de instalaţii după gravitatea avariei sau locul în cadrul instalaţiei este destul de relativă, în special, 1a instalaţiile cu lampa centrală de semnalizare.

La unele construcţii lămpile de control al funcţionării diferitelor instalaţii înlocuiesc unele aparate de control ca: voltmetrul, indicatorul de temperatură, indicatorul de presiune, etc. Ele prezintă dezavantajul că, depind de un element ce se poate defecta repede prin arderea filamentului becului şi 1ămpii de control. Datorită faptului că sistemul de avertizare cu senzori este mai sugestiv şi mai puţin costisitor.

În tabelul 3.7 se prezintă o clasificare a senzorilor de alertă (avarii) pentru automobile. Tabelul 3.7

Senzori de alertă pentru automobile – tipuri constructive

65

4. Echipamentul electronic al autovehiculelor

4.1. Generalităţi În general marii producători de automobile sunt influenţaţi în strategiile lor pe termen lung şi scurt de următorii

factori: - situaţia şi perspectivele economiei mondiale; - reglementările referitoare la automobile; - limitările tehnice - specifice unui anumit domeniu, la un moment dat; - solicitările cumpărătorilor de automobile.

Mult timp singurele dispozitive electronice utilizate pe automobil au fost doar: - redresorul cu diode semiconductoare (la alternator); - regulatorul electronic (din sistemul de alimentare); - ceasul electronic (având, de ex., un motor ,,pas cu pas" camandat electronic).

Componentele şi sistemele electronice au pătruns treptat în echipamentul electric al automobilului - începând cu dispozitivele şi instalaţiile pentru comanda/controlul funcţionării motorului şi terminând cu diferitele aparate şi instalaţii auxiliare - facilitând conducerea automobilului şi sau determinind creştertea de confort al pasagerilor.

Fig.4.1. Semne convenţionale ale unor componente pur electrice uzuale: a) rezistor fix (impedanţă în general); b) rezistor cu rezistenţa variabilă (potenţiometru); c) rezistor semireglabil; d) condensator fix (în general); e) condensator electrolitic; f) condensator variabil; g) condensator semireglabil ("trimer"); h) inductanţă cu aer; i) inductanţă cu miez magnetic; j) inductanţă variabilă continuu şi cu miez magnetic; k) transformator ; l) inductanţă variabilă în trepte; m)

baterie de acumulatoare; n) lampă de semnalizare sau iluminat; o) indicator de semnalizare; p) claxon; q) sonerie; r) bu-zer ; s) siguranţă fuzibilă; t) organ de comandă al unui releu; u) contact normal deschis ; v) contact normal închis ; w)

buton acţionat prin împingere (în stânga - semnul general ; la mijloc - contact cu reţinere; în dreapta - contact cu revenire); x) aparat indicator (asteriscul se înlocuieşte cu simbolul mărimii indicate); y) microfon; z) difuzor.

66

Fig.4.2. Semne convenţionale ale unor componente electronice uzuale: a)diodă semiconductoare; b)diodă varicap; c) diodă Zener; d) termistor; e) varistor; f) tiristor-triac (semn general); g) triac; h) diac; i) diodă pnpn; j) tranzistor PNP;

k) tranzistor NPN; l) tranzistor unijoncţiune TUJ cu baza de tip N (pentru tipul P se inversează sensul săgeţii); m) tranzistor cu efect de câmp TEC cu poartă- joncţiune cu canal de tip N (pentru tipul P se inversează sensul săgetii); n) tranzistor cu efect de câmp tip MOS, cu canal indus de tip P, cu o singură poartă, cu substrat accesibil; o) fotorezistor; p) fotodiodă; q) fototiristor; r) element fotovoltaic ("element solar"); s) fototranzistor; t) diodă electroluminescentă; u) optocuplor; v) generator Hall: w) triodă cu vid (cu catod cu încălzire indirectă); x) tiratron (triodă cu gaz cu catod cu

încălzire indirectă).

Fig.4.3. Semne convenţionale ale unor circuite electronice uzuale:a) amplificator operaţional; b) amplificator (în general); c) redresor; d) generator de semnal sinusoidal cu frecvenţă fixă; e) generator de impulsuri; f) filtru trece-sus (FTS); g) filtru trece-jos (FTJ); h) modulator sau demodulator; i) convertor

c.c./c.c.; j) invertor; k) circuit logic ŞI; l) circuit logic SAU; m) circuit logic SAU-EXCLUSIV; n) circuit logic NU (inversor); o) circuit logic ŞI-NU; p) circuit logic SAU-NU; q) circuit logic COINCIDENŢĂ; r) circuit basculant

bistabil.Se prezintă în mod sintetic şi cronologic etapele introducerii componentelor şi sistemelor electronice în

sistemele de aprindere, de carburaţie electronică, de rulare (asistată electronic) şi informaţional (al conducătorului auto) - compunând echipamentul electronic al unui automobil modern. A) Sistemul de aprindere - al automobilului a cunoscut mai multe etape de ameliorare a performanţelor şi fiabilităţii sale, în special prin introducerea componentelor şi sistemelor electronice. Astfel sunt (în ordine cronologică): a) protejarea ruptorului mecanic - cu ajutorul unui sistem tranzistorizat sau tiristorizat care, reducând curentul ce trebuie întrerupt de ruptor, şi prelungeşte durata de viaţă, ameliorând concomitent calitatea scânteii obţinute. Aceasta este ,,aprinderea electronică’’ clasică. b) înlocuirea ruptorului mecanic cu un ruptor electronic (iniţial cu traductor optic, apoi cu traductor cu efect Hall, mai fiabil - plus circuitele electronice, de prelucrare, aferente); c) înlocuirea platinei - cu un traductor magnetic inductiv şi circuite de comandă a bobinei de inducţie; d) înlocuirea distribuitorului cu un sistem electronic static, specializat, echipat cu microprocesor.

67

Introducerea microprocesorului pentru comanda sistemelor de ,,aprindere electronică integrală”, permite reglarea optimă a aprinderii, în funcţie de mai mulţi parametri ca de exemplu: - temperatura exterioară (cu traductor de temperatură) prin reglarea corespunzătoare a avansului (mai mare la rece); - calitatea benzinei şi gradul de uzură al motorului (cu ajutorul unui traductor de detonaţii - motorul trebuind să funcţioneze la limita de autoaprindere (detonaţie), pentru a avea un randament optim. La aparitia detonaţiilor, microprocesorul comandă reducerea avansului pentru a evita distrugerea motorului. În ultima variantă, poate fi prevăzută şi posibilitatea autodiagnosticării: în caz de defectare a sistemului cu microprocesor se avertizează conducătorul auto şi se asigură funcţionarea aprinderii electronice propriu-zise cu un avans constant. B) Sistemul de ,,carburaţie electronică” - permite dozarea precisă şi reglarea optimă a amestecului aer-carburant - în funcţie, simultan, de parametri ca: - turaţia realizată;- debitul de aer admis (sau depresiunea din galeria de admisie); - temperatura motorului; - temperatura şi presiunea atmosferică; - poziţia clapetei de acceleraţie; - conţinutul în oxigen al gazelor de eşapament. În acest scop sunt prevăzute traductoare adecvate - plasate în diferite puncte pe motor care furnizează semnalele electrice corespunzătoare mărimilor neelectrice respective (temperaturi, presiuni, debite, poziţii, etc.).

Dezvoltarea s-a produs în etape şi pe mai multe căi, cele mai uzuale soluţii fiind: a) Sistemul ,,carburator comandat electronic” obţinut prin introducerea unui ventil electromagnetic între camera de nivel constant a benzinei (din carburator) şi colectorul de admisie. Închizând şi deschizând electronic ventilul (la o frecvenţă de cca. 10 Hz şi prin reglarea factorului de umplere al semnalului de comandă) se realizează reglarea amestecului benzina-aer în funcţie de regimul de lucru al motorului. În variante mai perfecţionate, blocul electronic care comandă ventilul poate controla şi: - poziţia clapetei de şoc; - poziţia de ralanti a clapetei de acceleraţie; - starea unui ventil electromagnetic plasat pe conducta de alimentare cu benzină.b) Sistemul ,,injecţie electronică de benzină” - obţinut prin înlocuirea completă a carburatorului clasic cu un sistem de injectoare electromagnetice, în două variante: - ,,injecţia centrală” - la care 1-2 injectoare de construcţie specială sunt amplasate în faţă unei clapete de acceleraţie (similare cu cea de la carburatorul clasic); - ,,injecţia distribuită” - la care câte un injector electromagnetic este plasat în dreptul fiecărei supape (ventil) de admisie.

Sistemul electronic microprocesorizat de comandă a injecţiei de benzină (în funcţie de caracteristicile regimurilor de lucru ale motorului - date care sunt preînregistrate într-o memorie de tip ROM) controlează în principal:- durata impulsului injecţiei de benzină; - starea injectorului de pornire la rece; - starea (închis-deschis) unor supape suplimentare de admisie a aerului.

Se asigură astfel un regim optim de funcţionare a motorului (cu consum minim de carburant şi poluare minimă). c) Sistemul de ,,control integral al funcţionării motorului” (fie de tip MAS - cu aprindere prin scânteie, fie de tip MAC - cu aprindere prin compresie sau ,,Diesel”). Pe baza informaţiilor prelevate de la traductoarele plasate pe motor, un microcalculator electronic specializat controlează (prin intermediul unor elemente de execuţie adecvate): - avansul la aprindere: - injecţia de benzină; - alte funcţii suplimentare.

În cazul motoarelor de tip MAS se asigură astfel un consum minim de benzină (ajungând actualmente până la 3-4 l/100 km - pentru motoare cu capacitate de 2 000 ... 3 000 cm3) simultan cu un conţinut corespunzător al gazelor de eşapament.

În cazul motoarelor de tip MAC (alimentate cu motorină) sistemul este deosebit de eficient întrucât: - se asigură un randament optim al motorului; - economia de carburant - de ordinul a 15%.C) Sistemul de rulare - asistat electronic, permite: - evitarea blocării (şi patinării) roţilor la frânare; - evitarea patinării roţilor la pornire sau în rulare (ABS, ESP). În acest scop, fiecare roată a automobilului este prevăzută cu un traductor de turaţie adecvat. Cu ajutorul unui microcalculator electronic specializat, se compară valorile semnalelor primite de la fiecare roată (între ele, dar şi cu unele valori prestabilite, înregistrate într-o memorie de tip ROM) şi se acţionează individual asupra sistemului hidraulic de frânare sau asupra sistemului de transmisie (ambreiaj, cutie de viteze automată, etc.).

Utilizarea microcalculatorului permite şi introducerea realizării unor verificări automate obligatorii condiţionând demarajul (de ex.: controlul presiunii pneurilor, al nivelului lichidului de frână, al grosimii plachetelor de frâna şi altele) ce se pot declanşa printr-o simplă apăsare pe pedala de frână.

68

D) Sistemul informaţional al conducătorului auto - este reprezentat de ansamblul traductoarelar, circuitelor electronice de prelucrare şi dispazitivelor de afişare (cu ac indicator, cu beculeţe, cu diode electroluminescente, cu cristale lichide şi altele) care permit canducătorului aută să cunoască în orice moment cei mai impartanţi parametri funcţionali ai auttomobilului.

Traductoarele - transformă în semnale electrice adecvate (tensiune, curent) următoarele mărimi neelectrice: - temperatura (aerului, lichidului de răcire, uleiului, etc.); - presiunea (lubrifiantului aerului din pneuri); - nivelul (carburantului, lubrifiantului, lichidului de frână, lichidului de răcire, lichidului de spălare a parbrizului, etc.); - debitul (benzinei - în conducta de admisie, aerului); - radiaţiile electromagnetice (în special din domeniul vizibil - lumină -); - turaţia (roţilar, axelor, etc.); - deplasările, dimensiunile, poziţia (diferitelor elemente de camandă);- deformaţiile, forţele, cuplurile (din elementele mecanice); - acceleraţia şi vibraţia (anumitor elemente) ; - concentraţia gazelar (de ex. - a oxigenului din gazele de eşapament).

În varianta echipamentului, ,,pur electric” există doar a mică parte a acestor semnale care se aplică - neprelucrate electronic - aparatelor de măsurat şi control (de tip voltmetru) precum şi avertizoarelor de pe panoul de bord (în general cu beculeţe sau LED-uri) informându-l pe acesta asupra: - absenţei/prezenţei unor condiţii de avarie (de ex. temperatura prea ridicată a lichidului de răcire, presiune prea scăzută a uleiului, nivel prea scăzut al lichidului de frână şi altele); - corectei funcţionări a sistemului de alimentare electrică;- vitezei instantanee; - numărului de kilametri parcurşi (parţial şi total);- nivelului benzinei în rezervor; - funcţionării sistemului de semnalizare a schimbării direcţiei de mers.

Introducerea componentelar şi sistemelor electronice a permis apariţia:a) Turometrul - indicând turaţia instantanee a motorului. b) Contorul electronic de kilometri (,,kilometrajul”) - pur electronic -sau cu motor ,,pas cu pas” controlat electronic. Incluzând şi un ceas electronic, un asemenea dispozitiv poate informa canducătorul auto asupra: - distanţei parcursă de la punctul de START - sau de la orice alt punct de referinţă de pe traseu; - numărului total de km parcurşi de la începutul exploatării automobilului respectiv; - vitezei instantanee [km/h]; - timpului instantaneu [ore; minute; secunde]; - depăşirii vitezei maxime admisibile. c) Relee de timp electronice - pentru sistemul de semnalizare a schimbării direcţiei de mers şi a avariei, electromotorul acţionând ştergătoarele de parbriz, dispozitivul de preîncălzire la motoarele Diesel, etc. d) Benzinometrul electronic - prelucrează semnalul, provenind de la un traductor de debit (introdus în conducta de alimentare cu benzină sau în sistemul de carburaşie), afişând: - consumul instantaneu de benzina [1/100 km]; - consumul mediu realizat într-un anumit timp [l/100 km]; - consumul total de benzină de la ultima pornire. e) Litrometrul electronic - prelucrează semnalul provenind de la un traductor de nivel situat în rezervorul de benzină, afişând: - numărul litrilor de benzină din rezervor; , - consumul total de la ultima pornire; - consumul prevăzut până la destinaţie; - numărul kilometrilor parcurşi de la ultimul plin [km]; - autonomia prevăzută [km].

Informaţiile furnizate de toate aceste aparate sunt prea numeroase pentru a putea fi urmărite simultan. Soluţia optimă constă în introducerea calculatorului electronic de bord.f) Calculatorului electronic de bord - care, centralizând toate informaţiile de la traductoare, le poate afişa oricând - la simpla solicitare a conducătorului auto (de ex. - prin acţionarea unei tastaturi). Mai mult, calculatorul electronic - prevăzut cu memorii - poate compara informaţiile primite de la traductoare cu valorile preînregistrate ale domeniilor normale respective, în scopul identificării eventualelor condiţii de avarie.

În cazul cel mai general, se pot afişa astfel toate informaţiile indicate mai sus.Sistemele de afişare utilizate pot fi:

- afişoare cu diode electroluminescente; - afişoare cu cristale lichide; - dispozitive cu proiecţie, holografică a indicaţiilor aparatelor de bord, direct pe parbrizul autovehiculului (cu afişare continuă, periodică sau la comandă) soluţie optimă calitativ, dar scumpă.

Existenţa calculatorului electronic cu reţteaua sa de traductoare - facilitează testarea automată a automobilului atât în cadrul controlului intermediar şi final, la producător cât şi în cursul operaţiilor ulterioare de întreţinere-depanare.

4.2. Dispozitive electronice în instalaţia de alimentare cu energie electrică

69

4.2.1.Generalităţi

Sistemul de alimentare electrică al oricărui automobil furnizează energia electrică necesară (la parametrii - tensiune, curent, frecvenţă adecvaţi) tuturor receptoarelor instalate/conectate la bordul acestuia. Elementele componente ale acestui sistem sunt (fig.4.4). a) Generatorul electric (în c.c. - dinamul sau, în c.a. - alternatorul cuplat la un redresor care transformă c.a. în c.c.). Antrenat de motorul cu ardere internă al automobilului - pe durata funcţionării acestuia - gene ratorul electric alimentează toate receptoarele de la bordul autovehiculului încarcă bateria de acumulatoare la tensiunea continuă de 12 V (cel mai frecvent), de 6 V (mai rar, pe unele autoturisme şi pe motociclete) sau de 24 V (pe autocamioane, autobuze, şi alte autovehicule având o putere instalată mare).

Fig.4.4. Schema bloc a instalaţiei de alimentare cu energie electrică a automobilului Dacia 1300

În general, alternatoarele sunt mai avantajoase decât dinamurile întrucât, având o construcţie şi o întreţinere mai simple sunt mai robuste şi mai fiabile; în plus alternatoarele au o putere specifică (W/kg) de 3 ... 5 ori mai mare decât dinamurile, pot funcţiona la turaţii maxime ridicate şi debitează un curent important chiar la turaţia de ralanti (mers în gol).

Din aceste motive, cu tot inconvenientul reprezentat de necesitatea redresorului, cele mai frecvent utilizate generatoare electrice de pe automobile sunt în prezent alternatoarele având, în general, indusul în stator şi induc torul în rotor (de obicei cu excitaţie electromagnetică). Pentru puteri debitate sub 500 W se utilizează alternatoare monofazate (cu 2 diode redresoare), iar pentru puteri de peste 500 W alternatoare trifazate (cu 6 diode redresoare în punte) având înfăşurările statorului conectate în stea (la puteri mici; medii) sau în triunghi (la puteri mari).

Diodele redresorului fiind dispozitive cu conducţie unidirecţională - evită descărcarea acumulatorului prin înfăşurările generatorului electric (cel care este conectat în paralel). b) Releul regulator de tensiune (electric sau electronic) - având rolul de a stabiliza tensiunea electrică debitată de generator (în general prin reglarea excitaţiei acestuia), tensiune ce depinde atât de turaţia motorului (variabilă în limite largi) cât şi de numărul şi tipul receptoarelor conectate la un moment dat. Există două tipuri, principial diferite, de asemenea relee regulatoare de tensiune: - releele electrice cu contacte vibratoare (având una sau două înfăşurări, respectiv două sau patru perechi de contacte incluse in circuite diferite) - au construcţia normală sau antiparazitată; - relee electronice (cu dispozitive semiconductoare) în general fără contacte electromecanice (relee statice).

Spre deosebire de releele electrice, cele electronice pot funcţiona la curenţi de excitaţie mai mari, nu necesită întreţinere (deci nu se dereglează şi nici nu se uzează mecanic), au un volum şi o greutate mai redusă etc. Dependenţa caracteristicilor funcţionale ale releului electronic de temperatura mediului ambiant poate fi minimizată printr-o ventilaţie corespunzătoare locului de amplasare a acestuia (în general lângă generator).

Atât releele electrice cât şi cele electronice diferă constructiv în funcţie de destinaţia lor - pentru alternatoare sau pentru dinamuri - primele fiind, în general, mai simple. c) Bateria de acumulatoare (bateria sau acumulatorul) este formată din mai multe elemente (celule), conectate în serie, în paralel sau mixt. Fiind conectaţi în paralel cu generatorul electric, bateria de acumulatoare realizează următoartele funcţii: - alimentează electromotorul (demarorul) şi sistemul de aprindere la (pornire, precum şi restul receptoarelor de pe automobil atunci când motorul şi deci generatorul electric nu funcţionează; - preia vârfurile de sarcină ce apar atunci când puterea electrică necesară receptoarelor depăşeşte puterea electrică maximă ce poate fi debitată de generator (de ex. în condiţiile dificile de funcţionare pe timp de noapte sau iarnă);

70

- contribuie (alături de releul regulator) la menţinerea unei tensiuni continue constante (de 6, 12 sau 24 V) în instalaţia electrică a automobilului - independente –de variaţia turaţiei sarcinii generatorului.

Pentru a putea debita curenţii mari necesari demarorului - fără ca tensiunea la borne să scadă prea mult - este necesar ca bateria de acumulatoare să prezinte o rezistenţă electrică internă, un volum şi o greutate specifică, (raportată la volum) cât mai reduse precum şi o durată de funcţionare normală cât mai mare.

Pe autovehicule se utilizează fie acumulatoare acide cu plăci de plumb (cele mai răspândite - întrucât pot alimenta un demaror - deşi au o rezistenţă mecanică şi o durată de funcţionare relativ scăzută), fie acumulatoare alcaline (echipând, în general, autovehiculele fără sistem electric de pornire (de exemplu, pe motociclete). d) Elementele de distribuţie şi interconectare - siguranţe fuzibile, întreruptoare şi comutatoare, conductoare, ccbluri, papuci şi fişe plate, etc. racordând receptoarele la sistemul de alimentare.

Ansamblul conductoarelor şi cablurilor de interconectare - având diferite secţiuni, lungimi, trasee şi culori de identificare - formează o ,,formă de cablu’’ a cărui structură şi configuraţie poate varia în limite largi, în funcţic de tipul, marca şi modelul automobilului pe care este instalată. e) Convertoare c.c./c.c. (şi/sau c.c./c.a.) - permit obţinerea unei/unor tensiuni de alimentare - continue san alternative (de obicei de 220V/ 50Hz) - diferite de tensiunea continuă (de 6, 12 sau 24 V) disponibilă din sistemul de alimentare al autovehiculului. Aceste tensiuni pot fi utile în cazul necesităţii alimentării de la bateria de acumulatoarc a unor consumatori suplimentari, exteriori instalaţiei electrice existente la bordul automobilului (de exemplu televizoarele, staţii de amplificare audio de mare putere, frigiderele electrice, tuburile fluorescente pentru iluminat, etc.).

4.2.2. Regulatoare electronice de tensiune 4.2.2.1. Regulatoare pentru tensiunea de 12 V

Regulator cu amplificator operaţional

Circuitul din fig4.5 asigură menţinerea unei tensiuni de 14,1 V la bornele bateriei de acumulatoare (garantând o încărcare optimă a acesteia, atât vara cât şi iarna) prin reglarea curentului din înfăşurarea de excitaţie a alternatorului.

Elementul de bază al schemei este aplificatorul operaţional A.O. conectat într-un circuit comparator-inversor.

Fig.4.5. Regulator electronic pentru tensiune de 12 V cu amplificator operaţional

Pe intrarea neinversoare a A.O.se aplică o tensiune de referinţă stabilIizată (6,2 V), iar pe intrarea sa inversoare o fracţiune din tensiunea de alimentare (14,1 V), reprezentând mărimea reglată. În funcţie de valoarea acestei fracţiuni (prereglabilă în anumite limite din potenţiometrul P), faţă de 6,2 V, la ieşirea A.O. se obţine o tensiune nulă sau pozitivă care comandă tranzistorul T1, prin intermediul rezistenţei de limitare R3.

Tranzistoarele T1-T2 în conexiunea Darlington, controlează curentul (de până la 5 A) al înfăşurăii de excitaţie a alternatorului. Dioda D protejează tranzistorului T2 contra supratensiunilor ce pot apare prin autoinducţie în această înfăşurare.

Termistorul Th compensează variaţia cu temperatura a performanţelor amplificatorului operaţional. Rezistenţa R4 stabilizează curentul de emitor al T1 la variaţia temperaturii.

Condensatoarele C1-C2, filtrează tensiunea de alimentare a regulatorului astfel încât ondulaţiile acesteia să nu depăşească 2 mV vârf-vârf. Tranzistorul T2 şi dioda D se vor monta pe câte un radiator din tablă de aluminiu.

Regulator cu amplificator diferenţial

Un circuit similar celui precedent este cel din fig.4.6 în care rolul amplificatorului operaţional este preluat de amplificatorul diferenţial T1- T2. Pe baza tranzistorului T, se aplică o tensiune de referinţă stabilizată (de aproximativ 7

71

V) - obţinută cu dioda Zener DZ şi diodele D1-D2 (având rolul de-a stabiliza suplimentar această tensiune la variaţia temperaturii).

Fig.4.6. Regulator electronic pentru tensiune de 12 V cu amplificator diferenţial

Pe baza tranzistorului T2 se aplică o fracţiune din tensiunea de alimentare a regulatorului - prereglabilă cu ajutorul potenţiometrului P. Variaţia acestei fracţiuni în jurul valorii de 7 V (la care T1 şi T2 funcţionează echilibrat) determină şi modificarea curentului de colector al T1 implicit a curentului de baza al T2. Tranzistoarele T3 şi T4

amplificatoare de curent continuu - controlează curentul înfăşurării de excitaţie a alternatorului. Condensatoarele C 1 şi C2 filtrează tensiunea de alimentare.

Prereglajul regulatorului se poate efectua alimentându-1 de la o sursă de tensiune continuă (reglabilă până la 15 V), conectând în locul înfăşurării de excitaţie o rezistenţă de putere (25-50 ) în serie cu un ampermetru şi reglând potenţiometrul P astfel încât la o tensiune de alimentare de 14 V curentul de excitaţie să se întrerupă iar la o tensiune de alimentare de 13,5 V, curentul de excitaţie să fie maxim. Tranzistorul T4 necesită un radiator din tablă de aluminiu.

4.2.2.2. Convertoare curent continuu/ curent continuu

Convertor 12 V c.c./9V c.c. Pentru alimentarea în automobil a unor aparate electronice portabile (radioreceptoare, casetofoane, etc.) din

sistemul de alimentare al autovehiculului, este necesar un convertor c.c./c.c. care să transforme tensiunea continuă de 12 V într-una din tensiunile continue de alimentare uzuale ale unor astfel de aparate: 9V, 7,5V sau 6V.

Fig.4.7. Convertor de tensiune 12V c.c./9Vc.c. (sau 12V c.c./7,5Vc.c. sau 12V c.c./6Vc.c.) – varianta I-a

Pentru că aceste valori ale tensiunii de ieşire sunt mai mici decât tensiunea de la intrare, convertorul poate avea schema din fig.4.7 care este un stabilizator clasic de tensiune cu element de reglaj serie (tranzistorul T) şi sursă de tensiune de referinţă (dioda Zener DZ) . Tensiunea furnizată consumatorilor suplimentari va fi stabilizată în cazul existenţei unei fluctuaţii ale tensiunii la bordul automobilului. În funcţie de tensiunea şi curentul maxim necesar la ieşire, se aleg corespunzător rezistenţa R şi dioda Zener DZ.

72

Convertor 12 Vc.c./9 Vc.c. Circuitul din fig.4.8 permite alimentarea la o tensiune continuă de 9 V - obţinută din tensiunea continuă de 12

V existentă la bordul automobilelor a unor consumatori suplimentari.Schema reprezintă un stabilizator clasic de tensiune continuă cu element de reglaj-serie (TJ) şi amplificator de

eroare (T2 şi T3). Potenţiometrul P permite reglarea tensiunii de ieşire în jurul valorii de 9 V. Pentru consumatorii uzuali (curent < 0,5 A), tranzistorul T1 nu necesită radiator. Factorul relativ de stabilizare

Fr obţinut cu acest circuit este foarte bun.

Fig.4.8. Convertor de tensiune 12V c.c./9Vc.c. – varianta a II-a

4.2.2.3. Convertoare de curent continuu/ curent alternativ

Convertor 12 Vc.c./220 V-50 Hz cu puterea de 30 W

Convertorul c.c./c.a. prezentat în fig.4.9 generează o tensiune alternativă de 220 V la 50 Hz (la o putere maximă de 30 W), fiind alimentat de la tensiunea continuă de 12 V.

Circuitul integrat CI1 funcţionează ca multivibrator astabil producând o tensiune cvasidreptunghiulară ce se aplică circuitului integrat CI2 (în tehnologie C-MOS) - mai precis, unuia din cele 2 circuite basculante bistabile tip D conţinute - având rolul de formator de impulsuri. Ieşirile în antifază ale acestui circuit comandă 2 perechi de tranzistoare în conexiune Darlington formând un amplificator de putere în contratimp.

Transformatorul TR are: în primar - două înfăşurări de câte 9V (din sârmă CuEm, cu diametrul de 0,45 mm), iar în secundar - o înfăşurare de 220 V (din sârmă CuEm, cu diametrul de 0,25 mm). Numărul spirelor fiecărei înfăşurări este detorminat de miezul disponibil, astfel încât să se respecte raportul de transformare în tensiune indicat.

73

Fig.4.9. Convertor de tensiune 12 V c.c./220 V 50 Hz cu puterea de 30W

Convertor 12 Vc.c./220 V-50 Hz cu puterea de 500 W sau 1000W

Convertorul c.c./c.a. având schema de principiu reprezentată în fig.4.10 transformă tensiunea continuă de 12 V sau de 24 V într-o tensiune alternativă de 220 V (la 50 Hz) debitând o putere maximă relativ mare de 500 W sau 1 000 W.

Tranzistoarele T0-T0’ formează un oscilator simetric cu cuplaj inductiv generând o tensiune cvasidreptunghiulară cu frecvenţa de 50 Hz (ajustabilă în jurul acestei valori prin modificarea capacităţilor condensatoarelor C1 şi C2).

Tranzistoarele T1, T2 şi T3 (+T4, T5 şi T6 la 1 000 W) respectiv T1’, T2’ şi T3’ (+T4’, T5’ şi T6’ la 1 000 W)) - în conexiune bază comună (BC) - reprezintă un amplificator de putere, în contratimp.

Principalii parametrii constructivi ai convertorului sunt prezentaţi în tabelul din fig.4.10. Transformatoarele necesită un număr dublu de spire în fiecare înfăşurare - la 1000 W comparotiv cu 500 W. În scopul realizării unei simetrizări optime este recomandabil ca toate bobinajele să fie realizate bifilar.

Valoarea rezistenţei R2 se alege la reglajul iniţial, astfel încât oscilatorul T0-T0’ să consume cât mai puţin şi să furnizeze un semnal cât mai dreptunghiular. Tranzistoarele trebuie să fie sortate în ceea ce priveşte factorul de amplificare în curent şi curentul rezidual (în limitele ± 2%). Suprafaţa minimă a radiatoarelor este de 150 cm2. Ca şi celelalte convertoare c.c./c.a. debitând 220 V-50 Hz de la o tensiune continuă redusă şi acest convertor poate fi utilizat pentru alimentarea aparaturii electrocasnice şi electronice de larg consum din apartamente - de la un acumulator de automobil - în cazul întreruperii temporare a furnizării energiei electrice (din reţeaua de 220 V). În plus, acest ultim tip de convertor - de mare putere - poate fi utilizat şi în cadrul unor microhidrocentrale electrice echipate cu generatoare de 12 V sau 24 V.

74

Fig.4.10. Convertor de tensiune 12 V c.c./220 V 50 Hz cu puterea de 500W sau 1000W

4.2.3. Sisteme electronice de aprindere prin scânteie a amestecului carburant 4.2.3.1. Generalităţi Motoarele cu aprindere prin scânteie (MAS) - utilizate de marea majoritate a autovehiculelor - îşi datorează

buna lor funcţionare, pe toată durata de viaţă, şi unui reglaj corect al aprinderii prin care:

75

- scânteia trebuie să se aplice amestecului carburant, la momentul optim al cursei pistonului (pentru a se realiza un maxim de compresie în cilindru); - scânteia trebuie să aibă o anumită energie (pentru a declanşa o ardere completă a amestecului carburant).

În momentul pornirii motorului, printr-un dispozitiv mecanic corespunzător, turaţia acestuia se transmite unui ax pe care este fixată o camă, care în rotirea ei, deplasează pârghia contactului mobil al ruptorului (faţă de celălalt contact care rămâne fix); în momentul când cele două contacte -se închid, prin circuitul primar al bobinei de inducţie va circula un curent iar în miezul bobinei va apare un flux magnetic. Rotirea camei continuând, contacte1e se deschid şi curentul prin circuitnl primar se întrerupe. Variaţia bruscă a fluxului magnetic provocată de această întrerupere, induce în secundarul bobinei de inducţie o tensiune înaltă, transmisă prin intermediul distribuitorului succesiv, fiecărei bujii care produce scânteia, şi prin aceasta, aprinderea amestecului carburant. Astfel se obţine energia necesară deplasării pistoanelor din fiecare cilindru.

Deşi simplă în concepţie (bazându-se pe principii clasice de electromecanică) funcţionarea incorectă a sistemului de aprindere conduce nu numai la o risipă de carburant şi la o pornire necorespunzătoare, dar poate determina şi o încălzire puternică a blocului motor provocând o uzură prematură a acestuia.

Testarea periodică a sistemului de aprindere cu o aparatură adecvată, implică nu numai la o economie importantă în bugetul conducătorului auto, dar garantează şi o funcţionare sigură a automobilului.

4.2.3.2. Dispozitive cu tranzistoare (,,aprindere cu contact’’) În soluţia adoptării a aprinderii electronice cu tranzistor, s-a pornit de la sistemul clasic mecanic de aprindere,

ajungându-se prin analogie la schema principială din fig.4.11. Aşa cum rezultă din figură, tranzistorul preia funcţia ruptorului situat în primarul bobinei de inducţie (ruptorul

continuând să rămână utilizat pentru comanda unor curenţi mai reduşi). Pentru, îndeplinirea funcţiei de ,,întreruptor’’ (închis/deschis), tranzistorul trebuie să fie comandat, funcţie

asigurată de ruptorul deja existent în sistemul de aprindere (comandat la rândul său, de axul cu came al motorului). Tranzistorul T are numai rolul preluării funcţiei de ,,putere’’ (închizând circuitul din înfăşurarea primară, prin care circulă un curent de ordinul amperilor). Când contactul ruptorului este închis, baza tranzistorului este astfel polarizată (prin R1), încât acesta se deschide, conducând curentul din înfăşurarea primara a bobinei. La deschiderea contactului ruptorului, nemai fiind polarizat pe bază, tranzistorul se va bloca, astfe1 încât prin circuitul primar al bobinei de inducţie nu va mai circula curent. Tranzistorul devine astfel echivalent cu un întreruptor conectat în serie în circuitul bobinei.

Fig.4.11. Schema de principiu a unui dispozitiv de aprindere electronică echipat cu un tranzistor, având ruptorul sub tensiune

În fig.4.11: 1 – baterie de acumulatoare, 2- contact de aprindere, 3 – rezistenţe adiţionale; 4- contact de pornire, 5 – bobină de inducţie, L1 – înfăşurarea primară, L2 – înfăşurarea secundară; 6 – circuit electronic, R1, R2 – divizor de tensiune, T – tranzistor, 7 – contact de comandă, 8 –distribuitor, 9 – bujii.

76

Fig.4.12. Variaţia curentului din înfăşurarea primară şi a curentului de comandă (prin ruptor) în funcţie de timp

Evoluţia în timp a acestui proces este prezentată în fig.4.12. În momentul în care contactul ruptorului se închide, curentul în primar, va creşte cu o anumită întârziere, producând în bobină un câmp magnetic (energia se înmagazinează indnctiv). Când fiecare piston se află - pe rând -în apropiere de ,,punctul mort superior’’ (punctul de aprindere), contactul ruptorului se deschide şi curentul din circuitul primar se întrerupe. Este momentul în care energia magnetică înmagazinată, induce în secundar o tensiune (de peste 15000 V), care, prin distribuitor, se aplică succesiv bujiilor, declanşând pe rând, în fiecare cilindru aprinderea amestecului carburant.

Sistemul de aprindere se numeşte ,,cu contact’’, deoarece blocarea sau trecerea în conducţie a tranzistorului este determinată de contactul închis/ deschis al ruptorului.

În schema din fig.4.11 rezistoarele Rs1 şi Rs2 limitează curentul din circuitul primar deci încălzirea bobinei de inducţie. Din cauza curentului de pornire relativ mare rezistorul R s1 este scurtcircuitat la pornirea motorului. În caz contrar, scăderea tensiunii bateriei de acumulatoare ar fi condus la un curent mai mic în primar şi ca urmare la o tensiune aplicată bujiilor mai redusă ceea ce ar fi produs dificultăţi de aprindere la pornire.

Practic se constată că scăderea tensiunii de alimentare până la 8 V asigură totuşi o pornire fără dificultăţi. Rezistenţa în serie cu circuitul primar al bobinei de inducţie, există nu numai în cazul folosirii unui dispozitiv de aprindere electronic, dar şi în cazul utilizării sistemului mecanic clasic.

Căderea de tensiune pe tranzistorul de comutare în conducţie este de aproximativ 1,5V (în sistemul clasic căderea de tensiune pe contactul mecanic este de aproximativ 0,2 V). Pentru compensarea pierderilor în tranzistor trebuie să se utilizeze o bobină având rezistenţa înfăşurării primare cât mai redusă.

Înalta tensiune furnizată de bobina de inducţie scade la creşterea turaţiei (fig.4.13) deoarece se reduc duratele de închidere ale contactului ruptorului.

Fig.4.13. Variaţia înaltei tensiuni furnizate bujiilor de bobina de inducţie în funcţie de turaţie (pentru un motor cu 4 cilindri): a. Pentru o turaţie limită a motorului de 6000 rot/min (bobină de inducţie clasică); b. Pentru o turaţie limită a

motorului de 10500 rot/min (bobină de inducţie spcială)

77

La motoarele cu 4 cilindri există o mică rezervă (U, fig.4.13) care permite totuşi obţinerea aprinderii până la tura la turaţii ale motorului de 6000 rot/min. Pentru motoarele cu 6 şi 8 cilindri şi pentru turaţii relativ mari, aprinderea nu mai este sigură. Se construiesc bobine de inducţie speciale pentru a declanşa aprinderea (fig.4.13.b).

4.2.3.3. Dispozitive cu tiristoare (,,aprinderea prin descărcare capacitivă’’)

Preluarea funcţiei de ,,rupere’’ a curentului în circuitul primar (din sistemul clasic de aprindere) de către tranzistor, a adus unele avantaje. Au rămas însă două mari probleme de rezolvat:- frontul impulsului de ,,aprindere’’ nu este suficient de abrupt, datorită acestui fapt energia câmpului magnetic dispare relativ lent; - tensiunea din primarul bobinei de inducţie este relativ mică (egală cu tensiunea bateriei de acumulatoare, de ex. 12 V). Tensiunea înaltă aplicată bujiei continuă să rămână în limitele 10 000 ... 15 000 V.

Sistemul de aprindere cu descărcare capacitivă, vine să amelioreze aceste neajunsuri. Un convertor c.c./c.c. echipat cu tranzistoarele T1, T2 (fig.4.14), ridică tensiunea de 12 V, la aproximativ 400 ...

600 V, tensiune ce este utilizată pentru încărcarea unui condensator (C2) cu o constantă de timp independentă de turaţia motorului.

Fig.4.14. Dispozitiv de aprindere electronică cu tiristor şi descărcare capacitivă

Cu fiecare deschidere a contactului, prin tranzistorul de comandă T3, tiristorul intră în stare de conducţie, producând descărcarea energiei acumulate de condensatorul C, în circuitul înfăşurării primare a bobinei de inducţie. Bobina comportându-se ca un transformator ridicător de tensiune, transmite întreaga energie, scânteii de aprindere.

Pentru acest dispozitiv tensiunea înaltă este de 38 kV, la o turaţie a motorului de 50 rot/min, pentru o tensiune a bateriei de acumulatoare de 12,5V.

Chiar pe durata funcţionării demarorului, timp în care tensiunea bateriei de acumulatoare scade la 8,5 V, înalta tensiune continuă să fie de 26kV.

Durata impulsului de tensiune aplicată înfăşurării primare a bobinei de inducţie este în funcţie de turaţia motorului, variind astfel: 0,6 ms în timpul demarajului (tensiunea bateriei de 8,5 V), 0,4 ms între 500 - 4000 rot/min (tensiunea bateriei 12 ... 14 V) şi ajunge la 0,2 ms la 6000 rot/min (tensiunea bateriei de 14,5 V).

Alte valori numeriee indică superioritatea acestui sistem, faţă de cel cu aprindere clasică: astfel în cazul acestuia din urmă rezistenţa de contact a platinelor (între contactele închise, ale ruptorului), trebuie să fie de ordinul unei miimi de ohm, iar rezistenţa de fugă (la contacte deschise) de ordinul miilor de ohmi. Cu dispozitivul electronic prezentat în fig.4.14, aprinderea continuă să funcţioneze normal până la rezistenţe de contact de circa 7 ohmi şi cu o rezistenţă de fugă de 100 ohmi (practic cu un curent de fugă de cca. 120 mA).

Dispozitivul de aprindere electronică cu tiristor (produs de ITT) din fig.4.15, are un condensator tampon C 1 ce

78

se încarcă de această dată, numai cu un singur impuls. Tranzistorul T1 lucrează într-un circuit de oscilator autoblocat. Când contactul ruptorului se închide, în colectorul lui T1 apare o modificare de tensiune (prin D3, C4) în sens negativ, tensiune ce declanşează monostabilul echipat cu T1. În transformatorul monostabilului se va înmagazina o energie care se eliberează în momentul încetării funcţionării monostabilului. În înfăşurarea n3 va apare o tensiune de 300 V care, redresată de D4 şi D5 se va aplica condensatorului tampon C1.

Fig.4.15. Dispozitiv de aprindere electronică cu tiristor (varianta a II-a)

În momentul în care contactul ruptorului se deschide, în poarta tiristorului apare un impuls pozitiv şi tiristorul intră în conducţic. Condensatorul C1 se descarcă oscilant prin înfăşurarea primară a bobinei de inducţie oscilaţia durează numai o singură perioadă datorită diodei conectate paralel D1.

Circuitul prezentat asigură o frecvenţă de aprindere de până la 300 Hz, ceea ce reprezintă o turaţie maximă de cca. 9000 rot/min. De asemenea se asigură o pornire certă pe timpul anotimpului rece, putând funcţiona într-un domeniu larg al tensiunii bateriei de acumulatoare (6,5 ... 16 V).

4.2.3.4. Consideraţii asupra unor soluţii constructive actuale

Tendinţa actuală a producătorilor de dispozitive de aprindere electronică, constă în utilizarea unor circuite cu tiristoare. Pe de altă parte, unele firme producătoare continuă să dezvolte tranzistoare destinate exclusiv dispozitivelor de aprindere electronică.

Iniţial au fost utilizate tranzistoare cu germaniu care, neadmiţând tensiuni ridicate, impuneau folosirea unor bobine de inducţie cu raport de transformare scăzut şi inductanţă primară redusă (de aici rezultă un consum ridicat în primar, o fiabilitate scăzută, etc.).

Tiristorul permite comutarea unor tensiuni mari sub curenţi importanţi în condiţii de fiabilitate ridicată. Bobina de inducţie, în cazul aprinderii cu tranzistoare va trebui să aibe un raport mare de transformare,

tensiunea în primar fiind chiar tensiunea bateriei de acumulatoare. Pentru a se produce scânteia, tiristorul descarcă instantaneu în primarul bobinei de inducţie un condensator

(1 ... 2 F) ce se încarcă la o tensiune de 200 ... 600 V, tensiune obţinută de la înfăşurarea ridicătoare a unui convertor alimentat de la bateria de acumulatoare a automobilului. Tiristorul va intra în conducţie, în momentul descărcării capacităţii.

La utilizarea sistemului de aprindere cu tiristoare funcţionând pe principiul descărcării capacitive există dificultăţi de realizare, ţinând seama de valoarea tensiunilor de comandă relativ ridicate (200 ... 600 V).

Folosirea tranzistoarelor în montaj Darlington, tranzistoare special construite pentru aprindere, permite utilizarea bobinei proprii a automobilului cu un raport de transformare mare şi cu posibilităţi de parcurgere de curenţi suficienţi de mari pentru a putea declanşa scânteia, având energia necesară.

Durata scânteii în sistemele cu tiristor este de 50 ... 200 s, iar în cazul sistemelor tranzistorizate ajunge la 1000-2500 s; ultima variantă este preferată la demaraje şi asigură o ardere mai bună (la turaţii coborâte sau mai ridicate). Arderea completă a amestecului carburant (aer-benzină) asigură o creştere a puterii şi o diminuare a poluării (hidrocarburi nearse alcătuite printre altele de gaze toxice - de ex. oxidul de carbon CO).

Temperatura scânteii depinde de energia sa; în cazul aprinderii cu tiristor depinde de valoarea capacităţii şi de tensiunea furnizată de convertor (CU2/2). Pentru sistemul de aprindere cu tranzistor, temperatura scânteii depinde de

79

inductanţa înfăşurării primare a bobinei de aprindere şi de curentul ce o străbate (LI2/2). Defecţiunile sunt mai dese în cel de-al doilea caz, puterea pentru care sunt construite bobinele de inducţie, putând fi uşor depăşită.

În cazul aprinderii cu inductanţă, trebuie avut în vedere ca proiectantul s-a străduit să obţină cea mai bună adaptare între tipul de bobină, tipul bujiilor utilizate şi valoarea scânteii.

Tensiunea înaltă aplicată bujiilor constituie de asemenea un factor important. 0 valoare mare a ei, permite o funcţionare perfectă, chiar în cazul unor bujii mai uzate, dar impune unele condiţii asupra calităţii izolatorului bujiei, fişelor şi conductoarelor de duc la distribuitor precum şi asupra contactelor distribuitorului. .

O pierdere de energie pe această cale, ar anula avantajele aduse de introducerea sistemului electronic şi chiar ar înrăutăţi parametrii obţinuţi în sistemul clasic. La montarea unui sistem electronic se recomandă la toate elementele deja existente pe autovehicul, să fie noi sau în stare foarte bună.

Tensiunea înaltă ce se aplică bujiilor depinde de produsul dintre inductanţa bobinei fiind fixă, rămâne ca factor determinant di/dt. În cazul ruptorului mecanic, acesta era relativ mare din cauza arcului electric ce se produce între contacle în momentul întreruperii curentului în bobina primară. În schemele electronice variaţiile sunt mult mai rapide, în secundar aparând deci o tensiune mai ridicată. Aprinderea cu descărcare capacitivă prezintă avantaje din acest punct de vedere, numai la o turaţie foarte ridicată, ceea ce nu este cazul autovehiculelor obişnuite .

În ceea ce priveşte modificarea reglării avansului, aceasta nu este necesar în cazul sistemului tranzistorizat. Un avantaj net prezintă însă aprinderea cu tiristoare: demarajul este posibil chiar la o tensiune a bateriei de

acumulatoare mai scăzută. Dar şi în acest caz ar exista o problemă; dacă sistemul oscilator produce, tensiunea necesară generării unei scântei suficient de puternice pentru aprinderea carburantului, rămâne totu1şi problema dacă demarorul poate fi acţionat 1a o tensiune mai scăzută a bateriei.

În favoarea uilizăii sistemelor de aprindere electronice cu tranzistoare se situează preocupările şi realizările producătorilor de echipament auto, care tot mai mult, se îndreaptă către folosirea tranzistorului, insistându-se asupra specializării acestei componente supuse condiţiilor dificile existente în desfăşurarea normală a procesului de aprindere.

Producătorii ce folosesc tiristoare planare de înaltă tensiune prezintă însă următoarele avantaje ale aprinderii cu tiristoare faţă de cele ce utilizează tranzistoare:

- este mai bine adaptat la generatoare de impulsuri; - rezistă mai bine la supratensiuni şi supracurenţi; -prezintă pierderi interne mai mici de unde o mai bună fiabilitate.

Aprinderile electronice cu tiristoare au energia ridicată ce se aplică scânteii: 80 ... 100 mJ (faţă de energia de 20 mJ ce se aplică în cazul aprinderii clasice).

Trebuie subliniat că orice sistem de aprindere electronică va fi eficient numai în cazul unor motoare bine puse la punct. În acest sens trebuie subliniat că un reglaj electronic se menţine aproximativ 50000 km parcuşi, iar unul mecanic trebuie refăcut la fiecare 2000…3000 km.

Încercările de laborator şi rezultatele exploatării autovehiculelor echipate cu sisteme de aprindere electronică au arătat următoarele avantaje:- demaraj mai bun; - scăderea gradului de poluare; - economie de carburant de până la 10 %; - câştig de putere 10%; - uzură practic nulă a ruptorului; - pentru unele motoare posibilitatea de trecere de la benzină super (CO 98) la benzină normală (CO 90).

Aceste avantaje se datoresc în principal unei precizii mai ridicate a aplicării scânteii şi calităţii acesteia (durată, tensiune aplicată, temperatură).

4.2.4. Aprinderea electronică integrală

Atât timp cât nu se punea problema economiei de benzină producătorii motoarelor de automobile au căutat să obţină puteri cât mai mari, fără a lua în seamă randamentul.

Astăzi însă problema randamentului obţinut (raportul putere dezvoltată/ consum de carburant) stă atât în atenţia proiectanţilor de noi echipamente pentru dotarea automobilelor cât şi a numeroşilor utilizatori de autoturisme şi alte autovehicule.

Eleetronica intervine cu bune rezultate în cele două elemente determinante: avansul şi concentraţia amestecului carburant pentru, obţinerea în orice condiţii de trafic rutier a unui randament optim.

Sistemul ce va fi descris în continuare, aprindere electronică integrală prezintă o concepţie nouă în aprinderea electronică, fiind destinat motoarelor cu 4 cilindri. Dispozitivul este complet separat de partea mecanică a motorului şi conţine un microcalculator electronic specializat pentru comanda avansului şi a energiei scânteii bujiilor în funcţie de condiţiile reale (permanent variabile) de rulare a automobilului.

Datorită faptului că se controlează atât momentul de aprindere cât şi durata de declanşare a scânteii acest microcalculator specializat este cunoscut şi sub numele de "calculator cu energie controlată.

80

Este interzisă deconectarea uneia dintre bornele bateriei de acumulatoare pe timpul funcţionării motorului întrucât o asemenea acţiune ar putea conduce la defectarea microcalculatorului electronic specializat şi, în consecinţă, la nefuncţionarea sistemului de aprindere.

Înainte de a trece la descrierea funcţională a ansamblului, se menţionează câteva date tehnice recomandate de producător: .

- temperatura mediului ambiant: -30 ... +80°C; - tensiunea de alimentare: 6 ... 12 V - pentru alimentare permanentă 24 V - pentru maxim 60 secunde; - polaritatea tensiunii de alimentare: minus la şasiu (nu este admisă inversarea polarităţii acestei tensiuni); - vârfurile de tensiune introduse de microcalculator în reţeaua de alimentare cu energie electrică a

autovehiculului: maximum 0,6 V vârf-vârf. Dispozitivul este lipsit de sistem mecanic pentru reglarea avansului, nu conţine ruptor şi nici distribuitor. Se

apasă numai pedala de acceleraţie. Pentru optimizarea funcţionării s-a acţionat asupra următoarelor elemente:

- volumul de aer admis, necesar unui ciclu; - cantitatea de benzină utilizată în acest ciclu; - unghiul de avans al aprinderii.

S-a mai ţinut cont de turaţia motorului şi de temperatura acestuia. De asemenea s-a mai luat în consideraţie diagrama de avans optim, în funcţie de turaţie şi sarcină.

Principiul de funcţionare a unei aprinderi electronice integrale se prezintă în fig.4.16.

Fig.4.16. Structura unui sistem de aprindere electronică integrală (AEI)

Rezultatele obţinute utilizând aprinderea electronică integrală, comparativ cu cele ale aprinderii clasice (cu ruptor) sunt arătate în fig.4.17. Curbele sunt obţinute pentru o tensiune a bateriei de acumulatoare de 13,5 V.

Se poate constata că, în cazul aprinderii clasice, tensiunea înaltă aplicată bujiilor atinge aproximativ 20 000 V la 0 turaţie de 2 000 rot/min., la o turaţie mai coborâtă atinge 10000 V, iar pentru turaţii de peste 4500 rot/min. tensiunea scade şi mai mult.

Sistemul electronic de aprindere integrală (AEI), asigură o tensiune în jurul valorii de 30000 V, tensiune ce se menţine constantă indiferent de regimul de turaţie.

81

Fig.4.17. Variaţia tensiunii înalte aplicate bujiilor în funcţie de turaţia motorului în cele două cazuri: a. cu aprindere electronică integrală (AEI) şi cu aprindere clasică

Modul complex în care lucrează sistemul electronic se observă din fig.4.18 în care este reprezentată variaţia unghiului de avans, în funcţie de sarcină şi turaţia motorului.

Fig.4.18. Dependenţa unghiului de avans de sarcina şi de turaţia motorului

În ceea ce priveşte fiabilitatea, producătorul indică o medie a timpului de funcţionare de cel puţin 2000 ore, ceea ce pentru un autoturism de categorie medie ar însemna aproximativ 10000 km parcuşi.

4.2.5. Dispozitive electronice de comandă a aprinderii pentru motoare în doi timpi

Motorul în doi timpi necesită o aprindere electronică deosebită de cea clasică, folosită la motoarele în 4 timpi, întrucât sistemul de aprindere este individual (pentru fiecare din cei doi cilindri).

În plus alimentarea la o tensiune de 6 V determină căderi de tensiune mai importante decât în cazul alimentării la 12 V.

Dispozitivul din fig.4.19, destinat motoarelor în doi timpi, este un montaj simetric; comanda deschiderii circuitului primar al bobinei de inducţie se face de către elementul de comandă K 1 respectiv K2 (ruptorul), ce există

82

deja în distribuitorul sistemului de aprindere.

Fig.4.19. Dispozitiv de aprindere electronică cu tranzistoare testinat motoarelor în doi timpi, la 6 V

Dioda Zener, în derivaţie cu tranzistorul de comutare limitează valoarea tensiunii inverse ce se aplică între emitor şi colector. Valoarea însumată a tensiunilor Zener trebuie să fie de 200... 300 V.

Fig.4.20. Variante ale dispozitivului (etaj de comandă) din fig.4.19:a. alimentare la 6 V; b. alimentare la 12 V

Dioda D1 respectiv D2 limitează tensiunea ce se aplică pe joncţiunea bază-emitor a tranzistorului T1 respectiv T2.

Cu unele schimbări efectuate în etajul de atac al tranzistorului de putere (fig.4.20), dispozitivul poate lucra şi la tensiunea de alimentare de 12 V.

4.2.6. Dispozitive pentru deconectarea automată, cu temporizare, a farurilor

4.2.6.1. Temporizator electronic pentru faruri

Dispozitivul din fig.4.21 menţine aprinse, noaptea, două sau mai multe faruri, timp de până la 10 minute după părăsirea autoturismului (motorul fiind oprit), pentru a permite conducătorului auto, de ex. să se orienteze în întuneric şi a evita descărcarea prea accentuată a bateriei de acumulatoare. El poate fi utilizat şi pentru deconectarea altor consumatori (de ex. plafoniere, lumini de poziţie, etc.) cu o aceeaşi temporizare.

Fără tensiune, condensatorul C este complet descărcat (prin R1 şi D1). La închiderea circuitului de alimentare - cu butonul de declanşare I - condensatorul C se încarcă prin rezistenţele R2,R4 şi R5 cu polaritatea indicată. Căderea de tensiune la bornele R2 determină, pe durata încărcării conducţia tranzistorului T1 şi în consecinţă - şi a tranzistoruIui T2

ceea ce produce închiderea contactelor (normal deschise) ale releului - ceea ce permite eliberarea butonului întrerupătorului I şi alimentarea farurilor.

Condensatorul C se descarcă progresiv (exponenţial), curentul său de indicare reducându-se treptat până la o valoare insuficientă menţinerii lui T1 în conducţie (prin tensiunea apărută pe R2). În acest moment, blocarea lui T1

implică şi blocarea lui T2 - ca şi deschiderea contactelor releului REL. (deci stingerea farurilor).

83

Fig.4.21. Temporizator electronic pentru faruri

Dioda D2 protejează tranzistorul T2, atunci când releul nu mai este acţionat, împotriva curenţilor de autoinducţie datoraţi bobinei releului.

Rezistenţele R2 – R4 reprezintă o conexiune tip ,,bootstrap’’creată în scopul măririi impedanţei de intrare în T 1

şi obţinerii astfel a unei valori relativ mari a duratei de încercare a condensatorului (10 minute - cu C la valoarea indicată). Pentru temporizări mai reduse se va schimba valoarea, condensatorului C.

4.2.6.2. Dispozitive pentru deconectarea/reconectarea automată a fazei mari

Reglementările circulaţiei rutiere prevăd comutarea obligatorie noaptea, a farurilor de pe faza mare pe faza mică atuncă când din sens contrar un alt automobil se apropie 1a mai puţin de 200 m (pentru, a evita orbirea conducătorului acestuia).

Dispozitivul din fig.4.22 realizează automat deconectarea fazei mari şi reconectarea acesteia după trecerea autovehiculului venind din sens opus (menţinând evident, în funcţiune faza mică). La nevoie, dispozitivul poate fi scos complet din circuit, deconectându-se alimentarea (cu întrerupătorul I).

Fototranzistorul FT - plasat adecvat - sesizează lumina farurilor automobilului care vine din sens opus şi comandă borna 15 a circuitului integrat U 1011 astfel:

- în absenţa iluminării, FT este blocat şi poate fi echivalent cu un întreruptor deschis;

- în prezenţa fluxului luminos, FT este saturat şi poate fi echivalat, cu un întreruptor închis. În acest ultim caz releul este pus sub tensiune şi deschide contactul normal închis al fazei mari a farurilor determinând stingerea acestora (cu o durată a temporizării de ordinul a 4-5 secunde - pentru valorile indicate ale R3, C3, R5). După acest interval, faza mare se reaprinde automat (dacă lumina incidentă pe FT a dispărut) sau se reia un nou ciclu de 4 ... 5 secunde - în caz contrar.

84

Fig.4.22. Dispozitiv cu circuitul integrat U 1011, pentru conectarea/reconectarea automată a fazei mari

Sensibilitatea fototranzistorului se reglează cu rezistenţa semireglabilă P1 (montată în apropierea FT pentru a evita culegerea unor tensiuni electrice parazite în acest circuit).

4.2.7. Dispozitive pentru comanda luminilor de poziţie

4.2.7.1. Dispozitiv cu fotorezistenţă, amplificator operaţional şi releu

Traductorul de lumină (elementul fotosensibil) poate fi o celulă fotoelectrică Cd-S (cu sulfură de cadmiu) - cunoscută şi sub numele de ,,fotorezistenţă’’ – a cărei rezistenţă electrică RF scade atunci când intensitatea iluminării (din mediul ambiant) creşte (fig.4.23.a).

Nivelele de iluminare la care se produc cele două comutari (conectare/ deconectare) trebuie să fie suficient de distanţate, pentru a permite o funcţionare stabilă şi corectă a dispozitivului. Astfel s-au stabilit experimental următoarele valori ideale ale acestor nivele de comutare: 130 … 70 lx pentru conectarea luminilor de poziţie şi 120 ... 200 lx - peutru deconectarea acestora.

85

Fig.4.23. Dispozitiv cu fotorezistenţă, amplificator operaţional şi releu, pentru conectarea/deconectarea automată a luminilor de poziţie: a) Caracteristica rezistenţă-iluminare a unei fotorezistenţe; b) Caracteristica de transfer a circuitului trigger Schmitt; c) Schema de principiu a dispozitivului

Circuitul electronic având proprietatea de a bascula la nivele diferite ale tensiunii de comandă (în funcţie de sensul de variaţie a acesteia) se numeşte trigger Schmitt. El poate fi realizat atât cu componente electronice discrete cât şi cu circuite integrate. Caracteristica de transfer a triggerului Schmitt este reprezentată în fig.4.23.b. Se observă că basculările tensiunii de ieşire Vieş (din valoarea maximă Vmax în cea minimă Vmin sau invers) se produc la valori diferite ale tensiunii de intrare (de comandă) Vintr: la Vijos - pentru scăderea Vintr şi la Visus - pentru creşterea Vintr (diferenţa Visus - Vijos se numeşte ,,histerezis’’). "

O asemenea caracteristică de transfer cu histerezis prezintă - între alte circuite – comparatorul cu histerezis realizat cu amplificator operaţional AO (fig.4.23.c). Ieşirea acestuia comanda tranzistorul T şi releul REL care va conecta/deconecta luminile de poziţie şi funcţie de nivelele de tensiune furnizate de AO. Dioda D protejează tranzistorul T - suprimând supratensiunile generate prin autoinducţie de bobina releului la scăderea bruscă a curentului de colector.

Dioda Zener DZ - împreună cu R7 - stabilizează tensiunea de alimentare a AO (8,2 V) atunci când tensiunea de alimentare a dispozitivului variază în limitele 9,5-14 V. Divizorul de tensiune R4, P2 şi R3 determină tensiunea de referinţă VREF aplicată AO (reglabilă, cu componentele indicate pe schemă între 3,4 ... 6,9 V), iar divizorul de tensiune R1, P1 şi R2 formează reţeaua de reacţie pozitivă a comparatorului. Prin reglarea P1 şi P2 se stabilesc diferite nivele de iluminare -corespunzătoare valorilor Vijos şi Visus - la care se produc basculările (în funcţie de domeniul de variaţie a rezistenţei RF specifică fotorezistenţei FR).

Circuitul R10, C3, R6 realizează o constantă de timp de cca 3 secunde suficientă pentru ca dispozitivul să nu răspundă imediat la variaţii de scurtă durată ale iluminării mediului ambiant (de ex. datorită farurilor unui alt automobil).

În funcţie de coeficientul de temperatură al fotorezistenţei utilizate, valorile pragurilor de basculare variază întrucâtva în funcţie de anotimp; pentru unele tipuri fiind posibilă compensarea termică (cu termistor).

4.2.7.2. Dispozitiv cu fotorezistenţă şi tranzistoare Elementul fotosensibil al acestui dispozitiv este fotorezistenţa (,,LDR’’ sau ,,celula Cd-S’’) - a cărei rezistenţă

creşte atunci când intensitatea iluminării naturale - din mediul ambiant - scade.

86

Fig.4.24. Dispozitiv cu fotorezistenţă şi tranzistoare pentru conectarea/deconectarea automată a luminilor de poziţie Sensibilitatea circuitului se poate regla cu rezistenţa semireglabilă P la valori mai mari de 20 lx. Componentele

R1 - C formează o celulă integratoare care evită funcţionarea dispozitivului în cazul unor impulsuri luminoase artificiale de scurtă durată (de ex. provenind de la nişte faruri).

Tranzistoarele T1 şi T2 formează un circuit basculant de tip ,,trigger Schmitt’’ controlat de tensiunea de pe condensatorul C. El va bascula la două nivele - diferite şi prestabilite - de iluminare (corespunzătoare lă sării întunericului şi ivirii zorilor) - după o caracteristică de transfer cu histerezis, specifică comandând, prin intermediul tranzistorului T3 conectarea, respectiv deconectarea becurilor corespunzătoare luminilor de poziţie.

Tranzistorul T3 reprezintă un amplificator de curent - comandat de triggerul Schmitt T1- T2 - utilizat pentru a asigura becurilor B1… B4 curentul necesar.

4.2.7.3. Dispozitiv cu fotorezistenţă, tranzistoare şi releu

Şi acest dispozitiv (fig.4.25) realizează conectarea/deconectarea automată a luminilor de poziţie în funcţie de intensitatea luminii mediului ambiant dar, datorită introducerii releului se pot comanda becuri mai pnternice.

Fig.4.25. Dispozitiv cu fotorezistenţă, tranzistoare şi releu pentru conectarea/deconectarea automată a luminilor de poziţie

Elementul fotosensibil este fotorezistenţa FR având o rezistenţă la întuneric de valoare mare. Potenţiometrul P1 permite reglarea sensibilităţii circuitului (pragul de conectare/deconectare). Acest dispozitiv nu

conţine un trigger Schmitt, deci nu are o caracteristică de transfer cu histerezis. De menţionat că, datorită celulei integratoare R2C1 dispozitivul nu reacţionează decât la variaţii lente ale nivelului de iluminare (deci la lumina naturală), astfel încât - eventualele variaţii de scurtă durată (de ex. datorită luminii artificiale - a unor faruri) nu au nici un efect.

Tranzistoarele T1 şi T2 în conexiune Darlington - realizează amplificarea de curent necesară pentru a putea comanda releul REL.

4.2.7.4. Dispozitiv cu fototranzistor, tranzistoare şi releu

Conectarea/deconectarea automată a luminilor de poziţie este realizată în cazul dispozitivului din fig.4.26 cu ajutorul fototranzistorului FT. La iluminare, curentul prin acesta are o valoare relativ mare (limitată de R1) şi va determina conducţia lui T1 deci blocarea lui T2 şi a lui T3, releul REL menţinând becurile B1….B4 neconectate. La

87

lăsarea întunericului, curentul fototranzistorului scade mult ceea ce determină blocarea lui T1, deci conducţia lui T2 şi T3. Astfel este ascţionat releul REL care închizând contactul becurilor B1….B4 determină aprinderea acestora.

FT se montează astfel încât să se evite comanda dispozitivului datorită luminii artificiale. Circuitul nu permite reglarea sensibilităţii sale, deci pragul de conectare/deconectare a luminilor de poziţie.

Fig.4.26. Dispozitiv cu fotorezistenţă, tranzistoare şi releu pentru conectarea/deconectarea automată a luminilor de poziţie (variantă)

4.2.8. Dispozitive pentru comanda iluminatului din habitaclu

4.2.8.1. Temporizator electronic pentru plafonieră

Dispozitivul din fig.4.27 evită întreruperea bruscă a iluminatului interior la închiderea uneia din uşile autoturismului, permiţând condncătorului anto să efectueze, noaptea în condiţii optime - pe durata a cca. 20 s cât timp iluminatul se reduce progresiv - demararea: deconectarea sistemului antifurt, identificarea cheii de contact şi utilizarea ei, ataşarea centurilor de siguranţă, etc.

La deschiderea uneia din uşi, prin închiderea unuia din contactele I1 sau I2 condensatorul C - presupus iniţial încărcat - se descarcă cvasiinstantaneu prin contactul închis respectiv şi dioda D. Becul B este sub tensiune.

La închiderea uşii respective, prin deschiderea contactului corespunzăor se aplică tensiunea de +12 V întregului circuit. Întrucât C este iniţial descărcat, tranzistoarele T1 şi T2 (în conexiune Darlington) vor conduce menţinând becul B sub tensiune. Concomitent, C se încarcă prin R1 cu polaritatea indicată, astfel încât baza lui T1 se pozitivează treptat, reducând, până la blocare conducţia tranzistoarelor şi deci intensitatea 1uminoasă a becului B.

Fig.4.27. Temporizator electronic pentru reducerea progresivă a intensităţii luminii plafonierei

În cazul unor becuri necesitând un curent mai mare de 0,5 A se va monta T2 pe un radiator din aluminiu.

4.2.8.2. Dispozitive pentru deconectarea automată, cu temporizare, a plafonierei

Temporizator electronic pentru plafonieră cu circuitul integrat E 555 şi tranzistoare

Acest dispozitiv util permite menţinerea funcţionării plafonierei - deci iluminarea habitaclului - şi după închiderea portierei, timp de cca 25 s (pentru a permite, noaptea conducătorului auto să se pregătească de drum), interval de timp după care se produce deconectarea automată a iluminatului interior.

Circuitul integrat E 555 este conectat în schema din fig.4.28 ca monostabil - fiind declanşat pe borna PJ, prin trecerea contactului portierei de pe poziţia 2 (portiera deschisă) pe poziţia 1 (portieră închisă). Astfel, tensiunea bornei

88

IESIRE basculează din ,,0’’ logic în ,,1’’ logic şi rămâne în această stare, un timp determinat de R 1 şi C1 - conform relaţiei:

τ=1,1⋅R1⋅C1 (4.1)(pentru valorile acestora indicate în fig.4.28 = 25 s). Acest nivel logic ,,1’’ de pe borna IESIRE se aplică, prin R 3 pe baza tranzistorului T1 determinând conducţia acestuia şi deci aprinderea becului B din plafonieră.

Becul rămâne aprins timp de 25 s - indiferent dacă în acest interval se mai deschide/închide portiera - şi se stinge după acest timp chiar dacă portiera a rămas deschisă.

Fig.4.28. Temporizator electronic cu circuitul integrat E 555 şi tranzistoare pentru deconectarea automată a plafonierei

Circuitul poate fi declanşat din nou - ceea ce determină reaprinderea becului - numai prin închiderea portierei. Dacă însă conducătorul auto doreşte să întrerupă iluminarea mai curând nu are decât să acţioneze cheia de

contact. Prin conectarea demarorului (necesitând un curent relativ important) tensiunea de alimentare a dispozitivului

scade faţă de valoarea nominală (12 V) - variaţie ce se transmite prin C3 pe baza tranzistorului T2 declanşând, pentru scurt timp, conducţia acestuia. Astfel pe această durată borna ALO (,,aducere la zero’’) este conectată la masă şi determină bascularea bornei IESIRE din ,,1’’ logic în ,,0’’ logic ceea ce conduce la blocarea tranzistorului T 1 şi - prin urmare - la stingerea becului B.

Rezistenţa R5 determină sensibilitatea circuitului la acţionarea demarorului şi se poate modifica la nevoie. Un asemenea dispozitiv poate fi uşor realizat şi montat în carcasa unei plafoniere; el nu implică modificări ale

instalaţiei electrice existente. Tranzistorul BD 241 nu necesită radiator; în repaus, circuitul consumă cel mult 10 mA. Temporizator electronic pentru plafonieră cu tranzistoare şi releu

Dispozitivul prezentat în fig.4.29 este adaptat la instalaţia electrică a autoturismului şi realizează stingerea automată (şi bruscă) a plafonierei din habitaclu după cca 15 s de la închiderea portierelor. Acest timp poate fi eventual reglat - între 5 ... 30 s - prin alegerea altor valori ale rezistenţei R (între 10 ... 30 k) şi condensatorului C (între 200 … 500 F).

În funcţie de posibilităţi, se poate opta pentru varianta cu tranzistor de putere 2N-3055 (fig.4.29.a) sau cu releu miniatură (fig.4.29.b). Temporizarea realizată va depinde nu numai de valorile componentelor mai sus indicate ci şi de factorii de amplificare ai tranzistoarelor respectiv şi de curentul consumat de releul REL.

89

Fig.4.29. Temporizator electronic cu tranzistoare şi releu pentru deconectarea automată a plafonierei: a. schemă de principiu cu tranzistoare; b. înlocuirea tranzistorului T2 cu un releu

Conectarea dispozitivului în circuitul existent se face în punctele numerotate încercuit astfel: -întrerupând circuitul existent (marcat cu o linie întreruptă) între punctele 1-2;-conectând dispozitivul în punctele 1, 2, 3 şi 4.

La deschiderea portierelor se închide I1 şi/sau I2 polarizând baza tranzistorului T1 (care intră în conducţie) şi determinând încărcarea rapidă a condensatorului C (prin rezistenţa R1 care determină durata acestui proces). Conducţia tranzistorului T1 implică intrarea în conducţie a tranzistorului T2 (respectiv acţionarea releului REL care închide contactul normal deschis) astfel încât becul B din plafonieră se aprinde.

La închiderea portierelor, se deschid contactele I1 şi/sau I2 dar condensatorul C, încărcat, continuă să polarizeze (prin R1 şi R2) tranzistorul T1 în sensul conducţiei; în consecinţă becul B va continua să ardă un anumit interval de timp, necesar descărcării condensatorului C prin rezistenţele R1 şi R2. În consecinţă acest interval se poate regla în anumite limite prin modificarea valorilor indicate pentru C si R2.

Dioda D protejează tranzistorul T1 împotriva tensiunilor de autoinducţie generate prin acţionarea releului.

4.2.8.3. Dispozitive pentru comanda semnalizatoarelor de direcţie şi/sau de avarie

Releu de timp electronic - cu tranzistoare

Releul termic clasic cu bimetal - care echipează încă majoritatea automobilelor fiind ieftin dar puţin fiabil şi precis - poate fi înlocuit cu un releu de timp electronic eliminând aceste dezavantaje.

O variantă simplă şi eficace a unui astfel de releu este prezentată în fig.4.30. Tranzistoarele T 1 şi T3 formează un circuit basculant astabil (multivibrator) producând o tensiune cvasidreptunghiulară a cărei perioadă este determinată de componentele C şi R4 (cu valorile din schemă se obtin cca 90 cicluri/minut). Această tensiune comandă - prin intermediul amplificatorului T2 - becurile BD (sau BS) şi în funcţie de poziţia comutatorului K.

90

Fig.4.30.Releu de timp electronic, cu tranzistoare pentru semnalizatoarele de direcţie

Tranzistorul T2 necesită un radiator din tablă de aluminiu cu o suprafaţă totală de min 200 cm2. Comutatorul tripoziţional K este comutatorul de semnalizare a direcţiei de mers existent în echipamentul

electric al automobilului.

De asemenea becurile BD (dreapta - în faţă şi spate), BS (stânga - în faţă şi spate) şi BI (pe tabloul de bord) fac parte din instalaţia deja existentă. Acest circuit nu permite comanda simultană a două becuri de 21 W (faţă şi spate) pe aceeaşi parte.

Releu de timp electronic - cu tiristoare

Acest dispozitiv poate controla becuri de putere relativ mare, (2x 25 W - pe fiecare parte). Funcţional el este un circuit basculant asbabil (,,multivibrator’’) asimetrizat prin rezistenţa R1 care iniţializează funcţionarea (fig.4.31).

Presupunând că la conectarea tensiunii de alimentare (cu întrerupătorul I1) toate condensatoarele sunt descărcate, imediat după conectare, condensatorul C1 se încarcă şi pozitivează poarta tiristorului Th1 introducându-l în conducţie. Becul B1 se aprinde şi tensiunea de la bornele sale determină încărcarea condensatorului C2 - prin rezistenţa scăzută (la rece) a becului B2 - la tensiunea + 12 V. De asemenea, condensatorul C3 se va încărca şi el rapid prin D4, R6

şi becul B2 - până la aceeaşi tensiune. Condensatorul C4 se încarcă şi el prin R3 (deci mai lent, datorită valorii acesteia) până la o tensiune de cca 3 V ce determină conducţia lui Th2 (prin intermediul D2 şi T2).

Fig.4.31. Releu de timp electronic, cu tiristoare pentru semnalizatoarele de direcţie

Creşterea bruscă a potenţialului catodului lui Th2 determină un salt brusc de tensiune (de cca. 12 V) pe armătura din dreapta a C2 şi, întrucât acesta era deja încărcat cu o tensiune de cca. 12 V având polaritatea din fig.4.31 rezultă că se aplică tiristorului Th1 o tensiune inversă de cca. 24 V care determină blocarea acestui tiristor. În consecinţă becul B1 se stinge, iar becul B2 se aprinde.

După stingerea B1, C4 se descarcă prin D3 şi R5 iar C3 se încarcă prin R4 (catodul Th1 fiind conectat la masă prin rezistenţa mică a filamentului rece al B1).

De îndată ce C3 se încarcă până la cca 3 V, tiristorul Th1 se amorsează din nou şi procesul descris mai sus se reia.

Frecvenţa de basculare se poate regla cu R3 şi R4 (la valoarea indicată de 3,3 k obţinându-se o frecvenţă de circa 80 cicluri/minut). Variaţia tensiunii de alimentare între 11 ... 14 V modifică frecvenţa cu cel mult 3%, iar dependenţa de temperatură a frecvenţei este compensată aproape complet cu ajutorul coeficienţilor de temperatură pozitivi ai condensatoarelor electrolitice.

4.2.9. Dispozitive pentru comanda semnalizatoarelor de avarie

4.2.9.1. Releu de timp electronic - cu tiristoare

Aprinderea intermitentă, simultană, a tuturor celor patru semnalizatoare de direcţie constituie un semnal de avarie - avertizând pe ceilalţi participanţi la traficul rutier asupra pericolului potenţial reprezentat de un autoturism cu o defecţiune tehnică importantă.

Releul termic uzual - utilizat pentru comanda a două câte două semnalizatoare de direcţie - este în mod normal, apt să le comande şi pe toate patru, simultan (printr-o coneetare adecvată), dar cu o altă cadenţă mai rapidă.

91

Fig.4.32. Releu electronic de timp cu tiristoare pentru semnalizatoarele de avarie

Aceeaşi funcţionalitate- dar mai fiabilă şi având o cadenţă reglabilă (între 60-120 cicluri/minut cu potenţiometrul P) o poate realiza şi releul de timp electronic din fig.4.32. Oscilatorul de relaxare cu TUJ (T 1) aplică pe porţile tiristoarelor impulsuri a căror frecvenţă de repetiţie depinde de valorile C 1, P şi R1. Un prim impuls va amorsa tiristorul Th2 aprinzând becul echivalent B. Condensatoarele C3-C4 se încarcă cu polaritate pozitivă pe anodul tiristorului Thl şi negativă pe anodul tiristorului Th2. În consecinţă, un al doilea impuls dat de TUJ va amorsa tiristorul Thl ceea ce determină stingerea lui Th2 (deci şi a becului), descărcarea completă a condensatoarelor C3-C4 şi reîncărcarea lor, cu o polaritate opusă. La al treilea impuls, ciclul descris mai sus se repetă atât timp cât este aplicată tensiunea de alimentare prin intermediul întrerupătorului I.

4.2.9.2. Releu de timp electronic - cu tranzistoare

Această variantă a releului de timp electronic - dar realizată cu tranzistoare, deci mai ieftină - permite obţinerea unei cadenţe de acţionare precise şi constante (60 de cicluri/minut) imposibil de obţinut cu releele termice bimetalice uzuale - la care cadenţa depinde atât de sarcină (deci de numărul şi puterea becurilor din semnalizatoare) cât şi de tensiunea bateriei de acumulatoare.

Schema din fig.4.33 reprezintă un circuit basculant astabil (multivibrator) clasic, la care tranzistoarele T1 şi T2

lucrează pe rând alternativ în conducţie şi blocare - dacă se aplică tensiunea de alimentare (cu întrerupătorul I). Presupunând că la momentul iniţial T2 este blocat (datorită polarizării negative a bazei sale prin intermediul

condensatorului Cl), iar T1 - în conducţie (deci prezentând practic un scurtcircuit între colectorul şi emitorul său), condensatorul Cl se descarcă (prin R2 direct la masă) inversându-i polaritatea tensiunii la bornele sale. Potenţialul bazei lui T2 creşte astfel după o lege exponenţială către valoarea tensiunii de alimentare; la anumită valoare a acestuia, T 2

intră în conducţie determinând scăderea tensiunii colector-emitor a T2 la o valoare aproape nula.

Fig.4.33. Releu de timp electronic, cu tranzistoare pentru semnalizatoarele de avarie

Prin intermediul condensatorului C2, această scădere rapidă se transmite integral pe baza tranzistorului T1 care, astfel, se blochează.

Condensatorul C2 acţionează acum similar condensatorului C1, determinând revenirea în starea presupusă iniţială (T2 blocat, T1 - în conducţie) şi ciclul descris mai sus se reia atât timp cât este conectată tensiunea de alimentare.

În colectoarele tranzistoarelor apar tensiuni în antifază având forma cvasidreptunghiulară, frecvenţa de 1 Hz şi

92

amplitudinea aproximativ egală cu 12 V. Tensiunea din colectorul lui T2 comandă înfăşurarea de lucru a releului care închide/deschide contactele becurilor de semnalizare.

Becul indicator B este facultativ şi serveşte la indicarea funcţionării dispozitivului pe panoul de bord. Dispozitivul se poate instala în paralel pe circuitele existente ale semnalizatoarelor de direcţie, fără

modificarea funcţionării acestora (datorită contactelor separate ale releului). 4.2.10. Dispozitive pentru comanda semnalizatoarelor de direcţie şi avarie

4.2.10.1. Releu de timp electronic cu tranzistoare

Circuitul din fig.4.34 permite înlocuirea releului termic cu bimetal (puţin fiabil şi având o durată de viaţă relativ redusă) cu un releu de timp electronic eliminând dezavantajele releului electromecanic şi putând comanda atât semnalizarea dreapta/stânga cât şi cea de avarie.

În această schemă, tranzistoarele T1- T2 formează un circuit basculant astabil furnizând o tensiune cvasidreptunghiulară cu frecvenţa de circa 1 Hz şi amplitudinea aproximativ egală cu tensiunea de alimentare. Această tensiune se aplică tranzistoarelor amplificatoare de curent T3 şi T4 lucrând în comutaţie - pentru a putea comanda becurile semnalizatoarelor şi, în continuare, tranzistorului T5 - care, tot în comutaţie, controlează becul indicator de pe panoul de bord (care se aprinde în contratimp cu semnalizatoarele).

Diodele D1, D2 permit comanda simultană/separată a grupurilor de becuri B1-B2 (dreapta, faţă-spate) şi B3-B4

(stânga, faţă-spate). Comutatoarele K1, K2 sunt cele existente în instalaţia electrică a automobilului. Tranzistoarele T1 şi T2 necesită un radiator din tablă de aluminiu cu grosimea 0,5 ... 1 mm. Acest dispozitiv nu

permite utilizarea unor becuri semnalizatoare de 21 W.

Fig.4.34. Releu de timp electronic, cu tranzistoare pentru semnalizatoarele de direcţie/avarie

4.2.10.2. Releu de timp electronic cu circuitul integrat tip TBA 315 N

Circuitul electronic din fig.4.35 constituie una din primele aplicaţii ale circuitelor integrate în industria automobilelor. El permite înlocuirea releului termic clasic (cu bimetal) mai simplu şi mai puţin fiabil şi având temporizarea variabilă în limite relativ largi (în funcţie de temperatură şi sarcină) - cu un temporizator integrat de putere eliminând acesee neajunsuri.

93

Fig.4.35. Releu de timp electronic cu circuitul integrat TBA 315NÎn schema de mai sus: - dioda Zener şi condensatorul C3 protejează circuitul integrat contra eventualelor supratensiuni şi tensiuni

parazite ce pot apare în sistemul de alimentare; - grupul C1-R1 determină frecvenţa de oscilaţie fosc (= frecvenţa de conectare/deconectare a semnalizatoarelor)

conform relaţiei:

f osc=0,8

R1⋅C1 (4.2)Cu valorile din shemă se obţine fosc= 1,43 Hz. - condensatorul C2 deparazitează oscilatorul din circuitul integrat asigurându-i o funcţionare sigură şi constantă. Temporizatorul de putere TBA 315 N asigură aprindere/stingerea cu frecvenţa de 1,4 Hz a becurilor

semnalizatoare B1 şi B2 respectiv B3-B4, în funcţie de poziţia comutatorului K (DREAPTA, respectiv STÂNGA). Becul B6 indică pe panoul de bord, conducatorului auto, această funcţionare.

ÎntrerupătoruI I2 permite conectarea/deconectarea automată - tot cu frecvenţa de 1,4 Hz - a tuturor celor patru semnalizatoare, realizând semnalizarea în regim de AVARIE (indicată, pe panoul de bord, de becul B5).

În cazul arderii unuia din cele două becuri situate pe aceeaşi parte (faţă sau spate), pe poziţia respectivă a comutatorului K1 dispozitivul va funcţiona cu o frecvenţă aproximativ dublă.

Dacă se ard concomitent ambele becuri de pe o parte, dispozitivul nu va mai funcţiona deloc, în ambele cazuri, modificarea funcţionării poate fi uşor sesizată prin intermediul becului indicator B6 de pe panoul de bord.

4.3. Aparate electronice de măsurat de bord

4.3.1. Turometre şi dwellmetre electronice

Turometrul (,,tahometrul’’) este un aparat mecanic sau electric (electronic), utilizat pentru măsurarea turaţiei unui arbore sau ax în rotaţie.

În, cazul automobilelor se utilizează actualmente exclusiv turometre electronice pentru indicarea turaţiei instantanee a arborelui motor (în rot/min sau ture/min).

Turometrul electronic este deosebit de util atât la hordul automobilului (fiind de altfel cel mai vechi aparat electronic de măsurat de bord) cât şi în atelierele de service-auto pentru testarea motorului). În acest ultim caz, turometrul se utilizează pentru :

a) reglarea precisă a turaţiei de mers în gol (ralanti) - în scopul evitării uzurii premature a motorului şi al reducerii consumului de carburant.

Un turometru montat chiar la bordul autovehiculului permite şi urmărirea permanentă a turaţiei de ralanti (parametru caracteristic fiecărui tip de autovehicul) facilitând, eventual, eliminarea operativă a defecţiunilor specifice.

b) verificarea corectitudinii etanşeităţii şi funţionalităţii cilindrilor molorului. Întrucât puterea dezvoltată de un motor cu ardere internă rezultă din însumarea puterilor dezvoltate de fiecare

cililidru în parte este evident că orice defecţiune în funcţionarea unui cilindru (neetanşeitate, bujie nefuncţională, etc.) conduce la scăderea puterii dezvoltate şi poate fi uşor detectată prin scăderea turaţiei. Verificarea implică scoaterea

94

intenţionată şi succesivă din funcţiune a fiecărui cilindru şi compararea reducerilor de turaţie astfel obţinute. c) verificarea stării regulatoarelor de avans (centrifugal şi vacuumatic) la aprindere Orice motor cu ardere internă prezintă în cadrul sistemului său de aprindere un regulator, de avans centrifugal şi

altul de avans vacuumatic - dispozitive ce funcţionează simultan şi treptat, pe măsura creşterii turaţiei, respectiv a depresiunii în carburator.

Între turaţia arborelui motor şi unii parametrii caracteristici ai motorului există relaţia generală:

n=30⋅N⋅M⋅BC [turaţii/minut] (4.3)

unde: n - turaţia arborelui motor; C -numărul cilindrilor motorului; N - numărul de scântei pe secundă; M - numărul timpilor motori (2 sau 4); B - numărul bobinelor de inducţie.

În consecinţă, turaţia se poate măsura foarte simplu prin numărarea scânteilor produse de contactul ruptorului din sistemul de aprindere.

Indicaţiile turometrului electronic sunt utile – pe timpul rulării - pentru corelarea cât mai corectă a vitezei de deplasare cu turaţia realizată (deci cu poziţia pedalei de aceeleraţie) şi cu treapta de viteză aleasă (deci cu poziţia schimbătorului de viteze). Se poate realiza astfel o selectare optimă, a treptei de viteză în funcţie de condiţiile concrete de rulare.

Tabelul 4.1.

Viteza de deplasare a unui autoturism Dacia 1300 în funcţie de turaţia arborelui motor şi de treapta de viteză comutată

4.3.1.1. Turometru simplu, cu punte redresoare

Dispozitivul simplu, fără tranzistoare din fig.4.36 poate fi utilizat fie la tensiunea de alimentare de 6 V, fie la cea de 12 V.

Fig.4.36. Turometru simplu cu punte redresoare

95

Deviaţia acului indicator al instrumentului I este proporţională cu numărul de acţionări pe secundă (frecvenţa de lucru) a contactului ruptorului, deci cu turaţia arborelui motor.

Când contactul ruptorului I2 este deschis, condensatorul C se încarcă până la tensiunea de stabilizare a diodei Zener DZ, iar la închiderea contactului, condensatorul se descarcă. Diodele D2 …D5 formează o punte redresoare bialternanţă în diagonala de ieşire este conectat instrumentul magnetoelectric I. Deviaţia acului indicator al acestuia depinde atât de amplitudinea curentului pulsatoriu ce parcurge instrumentul cât şi de frecvenţa acestor pulsaţii, instrumentul realizează o mediere a impulsurilor. Limitând amplitudinea cu ajutorul diodei Zener indicaţia va depinde exclusiv de frecvenţă.

Pentru etalonarea aparatului se utilizează rezistenţa semireglabilă P.

4.3.1.2. Turometru cu o singură gamă de măsură Un turometru electronic este - comparativ cu cel mecanic - mai precis, mai puţin voluminos şi mai fiabil. În schema din fig.4.37 tranzistoarele T1 şi T2 formează un circuit basculant monostabil CBM al cărui impuls de

ieşire are durata:T 0=0 , 69⋅P1⋅C1 (4.4)Dioda D1 evită aplicarea unui potenţial negativ pe baza tranzistorului T1. Declanşarea circuitului se realizează

pe fronturile negative ale impulsurilor preluate inductiv din circuitul de aprindere. Un asemenea cuplaj inductiv se poate obţine uşor dacă se înfăşoară 3-4 spire ale unui conductor izolat pe cablul ce conectează distribuitorul la bobină.

Amplitudinea tensiunii de declanşare poate fi reglată cu potenţiometrul P1 astfel încât să se obţină o declanşare sigură a monostabilului. În colectorul lui T2 apar astfel (când motorul funcţionează) impulsuri dreptunghiulare de tensiune având cca 6 V amplitudine.

Fig.4.37. Turometru tranzistorizat cu cuplaj inductiv şi o singură gamă de măsură

Întrucât perioada lor depinde de frecvenţa impulsurilor de declanşare (deci de turaţia motorului), iar durata T0

a impulsului generat de CBM este constantă. Factorul de umplere al semnalului dreptunghiular depinde şi el de turaţie. Prin integrarea acestui semnal (cu ajutorul celulei P2-C3) se obţine o tensiune proporţională cu turaţia - care se aplică instrumentului-indicator I.

Pentru a evita dependenţa indicaţiei instrumentului de tensiunea de alimentare (între 9…15 V) se alimentează circuitul la 6,2 V (tensiune obţinută din cea de 12 V cu ajutorul unui stabilizator parametric cu diodă Zener).

În cazul unui motor cu 4 cilindri în 4 timpi, circuitul din fig.4.37 permite indicarea la cap de scală a unei turaţii maxime de 6000 rot/min (200 Hz) cu o precizie de ±5% (la +20 0C).

Frecvenţa de intrare maximă poate atinge 266,6 Hz (cca. 8000 rot/min).

4.3.1.3.Turometru tranzistorizat cu traductor inductiv

Soluţiile clasice de măsurare a turaţiei arborelui motor al unui automobil utilizează în acest scop impulsurile electrice provenind din sistemul de aprindere al motoarelor cu cu ardere internă.

O soluţie în această situaţie constă din utilizarea unui traductor inductiv, metalic (având forma şi dimensiunile din fig.4.38) şi plasat pe axul a cărui turaţie se măsoară.

Funcţionarea turometrului se bazează pe întreruperea periodică (cu o frecvenţă direct proporţională cu turaţia) a oscilaţiilor produse de un oscilator.

Turometrul din fig.4.38 conţine în acest scop un oscilator sinusoidal tip LC cu cuplaj inductiv realizat cn tranzistorul T1. Bobine1e L1 şi L2 ale oscilatorului sunt cuplate inductiv atât timp cât între miezurile bobinelor nu este plasată pala roţii traductorului inductiv. În momentul în care o asemenea pală trece printre miezuri, oscilaţiile încetează, datorită întreruperii circuitului magnetic respectiv (aluminiu nefiind feromagnetic).

96

Fig.4.38. Turometru tranzistorizat cu traductor inductiv

Bobinele se realizează pe miezuri având diametrul de 6 ... 10 mm. Roata traductorului se confecţionează din tablă de aluminiu groasă de 1...1,5 mm şi având un diametru de cca. 10 mm.

Oscilaţiile produse de T1 sunt apoi detectate (cu dioda D1) şi integrate cu P1 şi C5. Constanta de timp de integrare se poate regla cu ajutorul rezistenţei semireglabile astfel încât acul instrumentului indicator să nu vibreze la valoarea minimă a turaţiei.

Tranzistorul final T2 amplifică semnalul integral furnizând instrumentului indicator I curentul necesar pentru deviaţie la cap de scală (1 mA).

La cap de scală indicaţia trebuie să corespundă unei turaţii de 10000 rot/min. 4.3.1.4.Turometre cu circuitul integrat E 555

Turometru cu cuplaj inductiv Orice turometru electronic este de fapt un convertor frecvenţă/tensiune. Semnalul prelucrat - prelevat de la bobina de inducţie - are frecvenţa ,,f’’ proporţională cu turaţia ,, n’’ a

motorului. Astfel pentru un motor în 4 timpi, cu 4 cilindri şi o bobină de inducţie este valabilă relaţia:

f= n30 (4.5)

unde f[Hz] şi n [rot/min].

Fiecare din impulsurile provenind (fig.4.39) din cablul bobinei de inducţie (prin cuplaj inductiv cu ajutorul unui conductor izolat şi înfăşurat cu 3-10 spire pe acesta) deschide pentru scurt timp tranzistorul T 1 având rolul de etaj separator de intrare. Totodată acest tranzistor aplică pe intrarea PJ a circuitului integrat E 555 – funcţionând ca circuit basculant monostabil - un semnal de polaritate şi nivel adecvat declanşării basculărilor acestuia.

La ieşirea monostabilului (borna IES) se obţin impulsuri dreptunghiulare (având durata constantă - determinată de R4-C2 şi amplitudinea constantă) corespunzând fiecărei scântei produse de bobina de inducţie.

Circuitul R4-C2 este un integrator având rolul de a determina valoarea medie a succesiunii de impulsuri dreptunghiulare, valoare indicată de instrumentul indicator I (în general de tip magnetoelectric, de 100 A sau 1 mA).

La variaţia turaţiei motorului - de ex. în sens crescător - frecvenţa scânteilor produse de bateria de inducţie se măreşte determinând creşterea numărului de impulsuri dreptunghiulare (având o durată constantă) şi deci creşterea valorii medii a tensiunii la bornele condensatorului C4.

97

Fig.4.39. Turometru cu circuitul integrat E 555 şi cuplaj inductiv

Dioda Zener DZ şi rezistenţa R2 formează un stabilizator parametric de tensiune continuă eliminând influenţa variaţiilor tensiunii bateriei de acumulatoare asupra etalonării turometrului.

4.3.1.5. Turometru cu cuplaj direct

În schema din fig.4.40 circuitul integrat E 555 funcţionează tot ca monostabil.

Fig.4.40. Turometru cu circuitul integrat E 555 şi cuplaj direct

La fiecare închidere a contactului K al ruptorului acesta generează un impuls de durată şi amplitudine constante (datorită componentelor R3-C4-DZ2 care stabilizează tensiunea de alimentare) chiar dacă frecvenţa impulsurilor generate variază în limite largi o dată cu turaţia motorului.

Astfel valoarea medie a impulsurilor produse de monostabil este direct proporţională cu frecvenţa de repetiţie a impulsurilor, deci cu turaţia. Medierea (integrarea) este realizată chiar de instrumentul de măsurat I, prin inerţia sa mecanică.

Semnalul de comandă al monostabilului se obţine de la bornele primarului bobinei de inducţie. În funcţie de starea contactului K potenţialul punctului M variază între 0 ... 14 V. Peste acest potenţial se suprapune, la deschiderea contactului K o tensiune de autoinducţie având vârfuri de până la 400 V.

Pentru a proteja intrarea PJ a circuitului E 555 este necesară atenuarea şi limitarea acestor vârfuri – cu ajutorul integratorului R1-C1 respectiv al diodei Zener DZ1.

Cu ajutorul rezistenţei semireglabile P se realizează etalonarea indicaţiei instrumentului indicator. Se pot măsura turaţii de până la 6000 rot/minut.

4.3.2. Nivelmetru pentru carburant cu semnalizare optică la atingerea nivelului minim admisibil

Traductorul de nivel al circuitului din fig.4.41 este de fapt un potenţiometru (liniar sau circular) având cursorul prevăzut cu un plutitor (flotor) plasat în rezervor. Rezistenţa corespunzătoare acestui potenţiometru este conectată într-un braţ al unei punţi de măsurare de c.c. având în diagonala de detecţie instrumentul indicator. Variaţia rezistenţei R4 a traductorului (între anumite limite - corespunzătoare nivelelor maxim şi minim de carburant în rezervor) determină indicaţia aproximativ proporţională ale acestui instrument. La atingerea nivelului minim admisibil, puntea este complet dezechilibrată şi determină în bază tranzistorului T3 (blocat datorită DZ) potenţialul necesar intrării acestuia în conducţie, ceea ce declanşează aprinderea becului de avertizare B. Reglarea nivelului minim admisibil se efectuează cu P3 a nivelului minim corespunzător rezervorului complet gol, iar a nivelului maxim corespunzător rezervorului complet plin cu P2.

În eventualitatea necesităţii reducerii sensibilităţii circuitului, se va conecta o rezistenţă R5 de valoare mai mare.

98

Fig.4.41. Nivelmetru pentru carburant cu semnalizare optică la atingerea nivelului minim admisibil4.3.3. Termometru pentru uleiul din motor

Se ştie că efectele lubrifiante ale uleiului din motor se produc până la o temperatură a acestuia de cca. 140 0C (temperatura motorului în condiţii normale de răcire, fiind orientativ, de cca. 70 0C). În consecinţă, orice încălzire a motorului (şi deci a uleiului) - din diferite motive - peste această limită poate conduce la defecţiuni grave şi costisitoare ca de ex.: griparea unuia sau mai multor pistoane, uzura rapidă a rulmenţilor, fisurarea arborelui cotit, etc.

Fig.4.42. Termometru pentru uleiul din motor

În scopul supravegherii temperaturii motorului, pe marea majoritate a automobilelor, se prevede doar un semnalizator de avarie indicând cu ajutorul unui termocontact adecvat, supraîncălzirea lichidului din instalaţia de răcire a motorului.

Este deci preferabil să se măsoare continuu direct temperatura lubrifiantului pentru a putea controla mai precis menţinerea proprietăţilor lubrifiante ale acestuia.

Ca traductor de temperatură se poate utiliza o termorezistenţă sau un termistor conectat într-un circuit în punte (fig.4.42).

Variaţia rezistenţei Rth a termistorului dezechilibrează puntea (presupunând ca echilibrarea acesteia s-a facut la 20 0C când R2Rth = R1P1) şi instrumentul I (de 1 mA) conectat în diagonala de detecţie a punţii de curent continuu ABCD va indica un curent de dezechilibru proporţional cu temperatura.

Tensiunea de alimentare a punţii este stabilizată cu ajutorul unei diode Zener (întrucât tensiunea bateriei poate varia în limite relativ largi) şi se reglează pentru calibrarea instrumentului cu ajutorul lui P2. Cealaltă rezistenţă semireglabilă P1 serveşte la reglarea nulului electric al instrumentului corespunzător echilibrării punţii temperatura de referinţă (de obicei +20 0C).

Calibrarea (etalonarea) instrumentului indicator I se poate face cu ajutorul unui termometru de referinţă (etalon) reglând rezistenţele semireglabile P1 şi P2.

4.3.4. Accelerometru / decelerometru

Circuitul principial din fig.4.43, reprezintă o punte de tensiune continuă alimentată cu o tensiune stabilizată şi având conectat în diagonala de detecţie instrumentul-indicator I.

Traductorul de acceleraţie/deceleraţie este un pendul al cărui ax comandă poziţia cursorului potenţiometrului P1. Se obţine astfel a dezechilibrare a punţii proporţională, în anumite limite, cu solicitarea traductorului. Cu ajutorul comutatorului inversor K, acul indicator deviază în ambele cazuri, în acelaşi sens, deşi pendulul se roteşte într-un sens sau celălalt în funcţie de tipul solicitării.

Reglarea nulului electric în repaus (la echilibrul punţii) se efectuează cu rezistenţa semireglabilă S1. Dispozitivul

99

poate măsura acceleraţia/deceleratia până la 1 g (g = acceleraţia gravitaţională).

Fig.4.43. Accelerometru/decelerometru

4.4. Indicatoare electronice de bord

4.4.1. Indicatoare optice

4.4.1.1. Indicator cu 4 tranzistoare şi 3 becuri

Dispozitivul din fig.4.44 indică tensiunea de la bornele bateriei de acumulatoare prin intermediul a 3 becuri de

6V/l00mA - având culorile roşu, galben, verde sunt plasate pe panoul de bord al automobilului. Astfel: ' - becul B1 (roşu) - aprins indică E < 8,2 V (stare de avarie - bateria este descărcată sau are două elemente scurtcircuitate sau există un consum exagerat în circuitul electric); - becul B2 (galben) - aprins indică E = 12 V (stare normală - cu motorul oprit); - becul B3 (verde) - aprins indică E > 13,2V (stare normală - cu motorul pornit corespunzătoare încărcării bateriei de către alternator).

Valorile acestor praguri pot fi eventual modificate prin utilizarea unor diode Zener DZ 1, DZ2 şi/sau DZ3 de alte valori.

Dispozitivul se alimentează prin intermediuI întreruptorului cheii de contact I. La închiderea acestui întreruptor se realizează în mod normal şi autoverificarea becurilor dispozitivului care se aprind succesiv astfel:

1) becul galben (demarorul - neconectat);2) becul roşu (demarorul - acţionat); 3) becul verde (motorul - în funcţiune).

Fig.4.44. Indicator de tensiune cu 4 tranzistoare şi 3 becuri

4.4.1.2. Indicator cu 3 tranzistoare şi 3 diode electroluminescente

Circuitul din fig.4.45 indică tensiunea bateriei de acumulatoare prin aprinderea diodelor electroluminescente

100

DEL1 (roşie), DEL2 (galbenă) şi DEL3 (verde) - plasate pe panoul de bord - astfel: - dioda roşie – aprinsă indică E < 10 V sau E> 15 V (starea de avarie); - diodele roşie şi galbenă – aprinse indică E = 10,5 V;- dioda galbenă - aprinsă indică E = 12 V; - diodele galbenă şi verde - aprinse indică E=13 V; - dioda verde - aprinsă indică E = 14 V; - diodele verde şi roşie - aprinse indică E = 15 V.

Fig.4.45. Indicator de tensiune cu 3 tranzistoare şi 3 diode electroluminescente

Valorile acestor praguri pot fi modificate şi eventual, reglate cu precizie prin alegerea unor diode Zener având tensiunile Vz de valori adecvate.

Ca şi celelalte dispozitive indicatoare cu diode electroluminescente şi acesta poate avea circuitul imprimat astfel realizat încât să permită montarea în spaţiul disponibil pe panoul de bord al automobilului.

Tabelul 4.2.Semnificaţia diodelor electroluminescente la funcţionarea autoturismului

4.4.1.3. Indicator cu circuitul integrat specializat U 1010 şi 3 diode electroluminescente

Ciruitul integrat U 1010 este special destinat identificării şi indicării continue a stării electrice a bateriei de acumulatoare (de 12 V) a unui automobil - prin aprinderea în diverse combinaţii a trei diode electroluminescente având culorile roşu, galben, verde plasate pe panoul de bord al automobilului (fig.4.46): - dioda roşie aprinsă indică starea de avarie (E < 10 V deci bateria este descărcată sau există un consum exagerat în circuitele echivalentului electric sau unul din elementele bateriei este scurtcircuitat); - dioda galbenă aprinsă indică o stare normală a bateriei, când motorul este oprit (10 V E 13 V); - dioda verde aprinsă indică o stare normală a bateriei, când motorul este pornit (13 V < E < 15 V); - diodele vedre şi roşie aprinse simultan indică stare de avarie (E > 15 V - datorită funcţionării incorecte a releului de încărcare în timpul mersului motorului).

101

Fig.4.46. Indicator de tensiune cu circuitul integrat U 1010 şi 3 diode electroluminescenteGrupul condensator cu diodă Zener - conectat în paralel pe bornele bateriei de acumulatoare - are rolul de a

proteja circuitul integrat contra vârfurilor parazite de tensiune ce pot apare în circuitul de alimentare datorită bobinei de inducţie şi/sau alternatorului.

Faţă de dispozitivele similare având aceeaşi funcţie dar realizate cu componente discrete, soluţia utilizării circuitului integrat specializat oferă: precizie în indicarea intervalelor de tensiune, stabilitatea performanţelor la variaţia de temperatură, preţ relativ scăzut, conectare şi montare foarte simple.

4.4.1.4. Indicatoare de siguranţe electrice defecte (arse) În fig.4.47 este reprezentată o variantă simplificată a instalaţiei electrice a unui autoturism. Sistemul de

indicare optică se realizează prin conectarea în paralel pe fiecare siguranţă fuzibilă a câte unui bec B1 ... B8. Cât timp siguranţele sunt bune, acestea sunt stinse, dar atunci când se ard determină aprinderea becurilor respective.

Fig.4.47. Indicator optic individual de siguranţe electrice defecte (arse)

4.4.1.5. Indicator universal pentru circuitele becurilor În general controlul circuitelor becurilor se efectuează electric, în mod simplu cu ajutorul unor becuri indicatoare

amplasate pe panoul de bord care sunt puse sub tensiune concomitent cu becurile din circuitele respective (faza lungă, luminile STOP, luminile de mers înapoi, de semnalizare, de poziţie, etc.) aprinzându-se simultan cu acestea.

102

Dacă însă unul din aceste becuri nu funcţionează (fie datorită arderii, fie prin întreruperea circuitului lor), becurile indicatoare continuă să funcţioneze întrucât se menţine tensiunea lor de alimentare.

Circuitul din fig.4.48 înlătură acest dezavantaj deoarece este acţionat nu de tensiunea de alimentare (comună) ci de curentul consumat - sau nu - de becurile lămpilor supravegheate. În acest scop pentru fiecare circuit controlat, se poate monta în serie un astfel de dispozitiv. Rezistenţa R* produce la bornele sale o cădere de tensiune U proporţională cu curentul I consumat de becul B, conform relaţiei U = R* I.

Fig.4.48. Indicator universal pentru circuitele becurilor

Dacă T1 conduce, T2 se blochează şi prin dioda electroluminescentă DEL - montată pe panoul de bord al conducătorului auto - nu circulă curent (dioda fiind deci stinsă).

La arderea unuia din becurile B, curentul prin rezistenţa R* se reduce, iar tensiunea la bornele ei de asemenea. În consecinţă, T1 se blochează, T2 intră în conducţie şi dioda DEL luminează indicând funcţionarea incorectă a circuitului de lumină supravegheat.

4.4.1.6. Indicator centralizat pentru luminile de poziţie şi stop

Dispozitivul din fig.4.49 semnalizează pe tabloul de bord al conducătorui auto -la aprinderea becului B - nefuncţionarea (prin arderea becului sau întreruperea circuitului respectiv) oricăreia din luminile de poziţie (faţă-spate), de stop sau de iluminare a numărului de înmatriculare.

În acest scop, în fiecare din lămpile supravegheate menţionate mai sus, în vecinătatea becurilor respective, e plasat câte un fototranzistor având rolul de a transforma lumina emisă de acestea în semnale electrice adecvate -prelucrării în circuitul dispozitivului. Fototranzistoarele FT4 şi FT5 supraveghează fiecare câte două becuri - în general montate în acelaşi corp de lampă sau câte două filamente (5 + 21 W) ale unui aceluiaşi bec. Astfel, pe intrarea C a circuitului logic SAU (reprezentat de diodele D3, D4, D5) pot apare semnale corespunzătoare celor trei posibilităţi de funcţionare: luminile de poziţie, luminile de stop sau ambele tipuri de lumini.

103

Fig.4.49.Indicator centralizat pentru luminile de poziţie şi stop

Dispozitivul este astfel conceput încât să reacţioneze la două niveluri de iluminare: redus (corespunzător luminilor de poziţie) şi ridicat (corespunzând luminilor de stop sau a luminilor de stop cât şi luminilor de poziţie). În acest scop au fost prevăzute rezistenţele diferite R3 şi R4 conectate la tensiunea de alimentare cu întreruptoarele I1 sau I2. Diodele D1 şi D2 evită interconectarea circuitelor luminilor de poziţie - spate şi luminilor de stop.

Ziua, când luminile de poziţie nu sunt aprinse, dispozitivul supraveghează doar luminile de stop. Noaptea, însă circuitul permite supravegherea permanentă atât a luminilor de stop cât şi a celor de poziţie şi de iluminare a numărului de înmatriculare. Datorită structurii sale, dispozitivul supraveghează noaptea, în spate, în principal luminile de poziţie, dar când se frânază (închizând astfel I1), dispozitivul verifică automat luminile de stop.

De menţionat că în momentul conectării luminilor de poziţie sau frânei, becu1 B (normal stins) se aprinde pentru foarte scurt timp - datorită inerţiei termice a filamentelor becurilor – apoi, dacă totul este în ordine, se stinge.

4.4.1.7. Indicator cu tiristor pentru luminile de stop

În circuitul din fig.4.50 atât timp cât I1 este deschis, prin primarul transformatorului TR nu circulă curent, iar becurile B1, B2 şi B3 sunt stinse.

La închiderea întrerupătorului I1 (prin apăsarea pedalei de frână), curentul rezultat în primarul transformatorului determină aprinderea becurilor B1 şi B2 din lămpile de STOP. Întrucât cele două înfăşurări din primar sunt identice şi parcurse de curenţii i1 şi i2, având sensuri opuse şi valori egale (dacă becurile funcţionează corect) rezultă că în secundarul TR nu, se va induce nici o tensiune (prin închiderea întrerupătorului I 1), iar becul B3 va rămâne stins ("funcţionarea corectă").

Dacă însă unul din becurile B1 sau B2 este ars, curentul respectiv din primar va fi nul şi prin închiderea întrerupătorului I1, în secundarul TR apare un impuls de tensiune care se aplică prin dioda D (ce selectează doar impulsurile de polaritate adecvată) tiristorului Th, amorsându-l. Astfel, becul B3 se aprinde, indicând arderea unuia din becurile lămpilor de STOP. Acest bec rămâne aprins până la acţioarea întrerupătorului I2 (plasat pe panoul de bord).

104

Fig.4.50.Indicator cu tiristor pentru luminile de stop

4.4.1.8. Dispozitiv (cu sau fără indicator) pentru comutarea automată bec ars/bec de rezervă

Un dispozitiv mai eficace - dar mai costisitor - decât indicatorul de becuri nefuncţionale (arse) este cel din fig.4.51 care realizează înlocuirea automată a becului supravegheat, B ars, cu becul de rezervă B' de aceeaşi putere plasat în apropiere.

Becurile importante astfel dublate pot fi cele din indicatoarele şi semnalizatoarele de bord, dar şi cele din semnalizatoarele exterioare (de ex. de schimbare a direcţiei de mers, de STOP etc.).

Se evită astfel consecinţele neplăcute ale defectării accidentale a unui asemenea bec- eveniment imposibil de realizat pe timpu1 rulării de conducătorul auto, în absenţa unor dispozitive electrnice adecvate.

În circuitul din fig.4.51, întrerupătorul I controlează funcţionarea becului supravegheat B, alimentat de la bateria de acumulatoare E, prin intermediul rezistenţei R2. Căderea de tensiune datorată curentului prin aceasta determină conducţia tranzistorului T1 şi blocarea tranzistorului T2, deci nefuncţionare becului de rezervă B’.

La întreruperea filamentului beceului B1 dispare căderea de tensiune la bornele rezistenţei R2; în consecinţă T1

se blochează, iar T2 intră în conducţie determinând aprinderea becului B’. În cazul unor becuri B şi B’n mai puternice de 5 W este necesar ca tranzistorul T2 să fie de tipul 2N 3055

(montat pe un radiator) şi să se reducă adecvat valorile rezistenţelor R1 şi R2.

Fig.4.51. Dispozitiv pentru comutarea automată bec ars/bec de rezervă

4.4.1.9. Indictor de apariţie a condiţiilor de polei

Se ştie că poleiul apare pe carosabil atunci când acesta este umed, iar temperatura mediului ambiant scade sub +2°C ... 0°C.

Dioda electroluminescentă- DEL a indicatorului din fig.4.52 este stinsă atunci când temperatura mediului exterior este superioară valorii de +2°C. Sub acest prag ea se aprinde cu intermitenţe (cu atât mai frecvent cu cât temperatura se apropie de 0°C), iar sub 0°C dioda rămâne permanent aprinsă.

Traductorul de temperatură este un termistor (montat într-o cutie ecran având rolul de-a evita eroriile datorate curenţilor de aer) care este expus temperaturii mediului exterior autovehiculului.

105

Fig.4.52.Indicator de apariţie a condiţiilor de poleiÎntrucât circuitul M 3900 funcţionează într-o gamă largă de tensiuni de alimentare (1 ... 36 V); nu este

necesară o stabilizare a tensiunii de +12 V. Amplificatorul operaţional AO2 funcţionează ca circuit basculant astabil furnizând o tensiune dreptunghiulară

cu perioada T = 1 s. Rezistenţele R6, R7 şi R8 determină limitele superioară şi inferioară ale tensiunii pe condensatorul C1.

Tensiunile de ieşire ale amplificatoarelor AO1 şi AO2 sunt comparate cu AO3. Când tensiunea de ieşire a astabilului este inferioară celei a cicuitului AO1, la ieşirea comparatorului apare tensiunea de + 12 V care determină aprinderea diodei electroluminescente (rezistenţa R9 limitând curentul prin ea la cca 25 mA).

Etalonarea circuitului se efectuează cu ajutorul rezistenţei reglabile P1, astfel încât cu termistorul introdus într-un vas cu apă şi gheaţă care se topeşte (temperatura de aproximativ 00C), DEL să se aprindă în permanenţă.

Întrucât consumul este foarte redus - în repaus (DEL-stins) - 2,5 mA, iar în funcţionare (DEL-aprins) - 25 mA dispozitivul poate fi menţinut permanent sub tensiune.

4.4.2. Indicatoare acustice

4.4.2.1. Indicatoare monotonale pentru semnalizatorul de direcţie şi/sau de avarie

Circuitele prezentate în fig.4.53 în două variante: cu tranzistoare (a) şi cu porţi logice tip ŞI-NU integrate (b) - generează pe durata conectării tensiunii de alimentare un sunet specific având frecvenţa şi intensitatea constante indiferent de direcţia semnalizată. Un astfel de dispozitiv se poate conecta în paralel pe oricare din becurile semnalizatoare optice plasate pe panoul de bord al automobilului realizând în habitaclu o semnalizare acustică - uneori mult mai eficientă decât cea optică (pe panoul de bord).

Eventual, se poate utiliza un acelaşi indicator acustic pentru indicarea mai multor "evenimente" (ca de exemplu: frână de mână trasă, presiunea uleiului - prea scăzuta, apă de răcirc - prea calda, portbagajul deschis, funcţionarea semnalizatoarelor de schimbare a direcţiei, etc.), alimentând semnalizatorul cu tensiunea de 12 V provenind de la oricare din aceste circuite prin intermediul diodelor D1 .... Dn evitând astfel influenţarea reciprocă a circuitelor controlate.

Circuitul din fig.4.53 este un circuit basculant astabil (multivibrator) nesimetric ce produce o tensiune cvasidreptunghiulară a cărei frecvenţă se poate regla cu ajutorul rezistenţei semireglabile P. El funcţionează chiar atunci când tensiunea de alimentare variază între 6 V ... 12 V (semnalul din difuzor variind evident în funcţie de această tensiune).

Difuzorul se poate conecta în circuitul colectorului atunci când impedanţa lui e diferită de 50 - prin intermediul unui transformator de adaptare corespunzător.

106

Fig.4.53. Indicatoare monotonale pentru semnalizatorul de direcţie şi/sau de avarie: a) cu tranzistoare; b) cu porţi logice ŞI-NU integrate

Circuitul din fig.4.53.b este tot un multivibrator - dar realizat cu circuite logice TTL (trei porţi logice ŞI-NU - diu cele patru ale circuitului integrat tip CDB-400 - sunt conectate ca inversoare). Frecvenţa semnalului cvasidreptunghiular generat depinde de valorile componentelor C1, C2, R3, R4.

Puterea transmisă difuzorului este însă mai mică decât în primul caz. La nevoie se mai poate introduce un etaj de amplificare.

Dispozitivul poate fi declanşat de mai multe circuite controlate prin intermediul diodelor D1 ... Dn care evită influenţarea lor reciprocă.

4.4.2.2. Avertizor mononal cu tranzistoare

Circuitul basculant astabil din fig.4.54.a produce un semnal dreptunghiular (având frecvenţa de aproximativ 1 kHz) care se aplică difuzorului. Acesta se alege astfel încât, împreună cu rezistenţa cu care este montat în serie să fie prezentă o impedanţă totala de 500 ... 150 (în funcţie şi de nivelul sonor dorit - mai ridicat la valori mai mici ale acestei rezistenţe).

Avertizorul poate fi declanşat prin conectarea tensiunii de alimentare (fie de 12 V, fie de 6 V). În cazul existenţei mai multor evenimente capabile să declanşeze fiecare - avertizorul, se poate utiliza un

circuit SAU conectat ca în fig.4.54.b. Circuitul basculant astabil va fi alimentat doar atunci când T1 conduce - ceea ce se întâmplă atunci când se închide K1 (la scăderea presiunii uleiului) sau K2 (dacă alternatorul nu mai încarcă acumulatorul - ca urmare, de exemplu a ruperii curelei de transmisie respective). În ambele cazuri, conducătorul auto este avertizat atât optic (prin aprinderea beculeţelor B1 şi B2) cât şi acustic.

Semnalul acustic este mai puternic în acest caz datorită prezenţei etajului amplificator T4. Frecvenţa sunetului generat poate fi reglată prin modificarea valorilor condensatoarelor C1 şi C2.

107

Fig.4.54. Avertizor monotonal cu tranzistoare: a. circuit basculant astabil (multivibrator); b. multivibrator cu circuit de declanşare

pe autovehiclliele m::d sus mentionatc - sint, in continuare. amplificate puternic (dc un amplificator adecvat) ~i apHcate unui traductor electroacustic special de tip difuzor.

4.4.3. Avertizoare optice

4.4.3.1. Avertizor pulsatoriu cu bec, la 12 V

Dispozitivul din fig.4.55, realizează o lumină intermitentă (eventual roşie) suficient de puternică pentru a semnaliza noaptea, sau în condiţii de vizibilitate redusă, prezenţa unui autovehicul imobilizat pe carosabil. El înlocuieşte astfel clasicul triunghi reflectorizant.

Fig.4.55. Avertizor pulsatoriu cu bec la 12V

Tranzistoarele T1 şi T2 formează un circuit basculant astabil a cărui frecvenţă de oscilaţie se poate eventual regla, modificând valorile capacităţilor C1 şi C2. Tranzistoarele T3 şi T4 amplifică în curent pentru a furniza becului echivalent B puterea de 30 W necesară (eventual, T4 necesită un radiator).

4.4.3.2. Avertizor pulsatoriu cu diode electroluminescente

Circuitul din fig.4.56 realizează - la conectarea tensiunii de alimentare (cu întreruptorul I, eventual prin intermediul unui circuit logic SAU cu mai multe intrări) - avertizarea optică a conducătorului auto prin aprinderea/stingerea diodei electroluminescente DEL1 cu o frecvenţă de aproximativ 1 Hz.

108

Introducând în circuit o a doua dioda electroluminescentă, DEL2 (eventual de culoare verde dacă DEL1 este roşie), se obţine o funcţionare pulsatorie, în contratimp, a celor două diode.

Fig.4.56.Avertizor pulsatoriu cu diode electroluminescente

Un asemenea circuit - deosebit de simplu şi eficace - poate fi util în construcţia tuturor avertizoarelor/indicatoarelor optice.

4.4.3.3. Semnalizator de viteză maximă admisibilă

Acest dispozitiv (fig.4.57) - derivat din turometrul electronic cu E 555 - sesizează (optic sau acustic - în funcţie de preferinţe) atingerea unei anumite turaţii maxime - corespunzătoare, în treapta de viteză utilizată, unei anumite viteze maxime a automobilului.

Prin introducerea mai multor rezistenţe semireglabile se pot sesiza şi indica mai multe valori maxime prestabilite ale turaţiei (de exemplu pentru diferitele trepte de viteză posibile ale cutiei de viteze), în gama 500 ... 6 000 ture/minut.

Ieşirea Q a dispozitivului se află în ,,1’’ logic (corespunzând unei tensiuni de cca 10 V) - atunci când frecvenţa impulsurilor aplicate la intrare se află sub limita prestabilită. La depăşirea acestui prag, ieşirea Q basculează în ,,0’’ logic (corespunzând tensiunii 0 V). În funcţie de tipul avertizorului (optic san acustic) utilizat, ieşirea Q poate controla un releu electromagnetic, cu tranzistor de putere,etc.

Fig.4.57. Semnalizator de viteză maximă admisibilă

Impulsurile aplicate pe intrarea I trebuie să fie scurte şi în logică negativă. Ele pot proveni de ex. de la ruptor prin intermediul unui circuit de filtrare şi limitare adecvat (similar celui utilizat la turometrul electronic).

Aceste impulsuri declanşează cicluri periodice de temporizare ale circuitului integrat CI1 (având constanta de timp RC). Dacă perioada de repetiţie a acestor impulsuri de comandă devine inferioară timpului necesar -condensatorului Cl să se încarce până la tensiunea de prag - sus de basculare (0,66 V+), atunci tensiunea de ieşire a CIl

rămâne în ,,1’’ logic şi constituie semnal de intrare pentru Cl2. Descărcarea condensatorului Cl este asigurată de tranzistorul T1. Rezistenţa semireglabilă R1 (în una sau mai multe exemplare, comutate cu K) prereglează pragul de frecvenţă

109

maximă ce trebuie sesizat. Rezistenţa semireglabilă R2 se reglează astfel încât ieşirea CI2 să rămână stabil în ,,1’’ logic pentru frecvenţa cea mai mică a impulsurilor aplicate la intrare.

4.4.3.4. Semnalizator de nivel minim al lichidulni de frână

Disoozitivul din fig.4.58 semnalizează optic conducătorului auto scăderea nivelului lichidului de frână (din unul sau două rezervoare metalice) sub un anumit prag inferior – datorită unor cauze multiple cum ar fi de ex. ruperea sau fisurarea unei conducte, garnituri, etc.).

Senzorul de nivel minim este reprezentat de o pereche de electrozi, izolaţi faţă de masă şi astfel plasaţi în rezervoarele lichidului de frână, încât vârfurile electrozilor să ajungă până la nivelul minim admisibil de semnalizat. Dacă nivelul lichidului scade sub această limită - la oricare dintre electrozi sau la amândoi - bazele tranzistoarelor T1

şi/sau T2 (reprezentând două comutatoare electronice) nu mai sunt conectate la masă (prin intermediul lichidului de frână - bun conducător de electricitate) şi în consecinţă T1 şi/sau T2 intră în conducţie determinând conducţia tranzistoarelor T3 şi T4 (amplificatoare) precum şi declanşarea avertizorului optic (,,de avarie’’) B.

Fig.4.58. Semnalizator tranzistorizat de nivel minim al lichidului de frână

De remarcat că avertizorul intră în funcţiune şi la o întrerupere accidentală a circuitului senzorului (ruperea conductorului, contacte imperfecte, etc.).

Curentul ce parcurge un electrod este foarte scăzut (1,4 A) întrucât lichidul de frână are o conductibilitate electrică mică. Astfel, dispozitivul poate funcţiona sigur între -25°C ... +100°C.

Electrozii se realizează din bara sau sârmă de alama având diametrul exterior de 3 ... 6 mm. Pentru a nu se modifica rezervorul original cu lichid de frână, este recomandabil ca fiecare electrod să se

fixeze în buşonul (din material plastic, în general) ce închide orificiul de umplere a rezervorului respectiv. În acest scop, se poate eventual confecţiona un buşon identic având electrodul fixat central prin filetare.

Varianta cu două rezervoare de lichid de frână, se referă la automobilele având două circuite independente de frână (soluţie ce conduce la creşterea fiabilităţii în exploatare a sistemului de frânare).

Dispozitivul funcţionează într-o gamă relativ largă a tensiunii de alimentare (8,5 ... 16 V). Avertizorul optic poate fi eventual dublat de un avertizor acustic adecvat.

4.4.3.5. Semnalizator de nivel minim al lichidului de răcire

Dispozitivul din fig.4.59 semnalizează prin aprinderea becului B atunci când nivelul lichidului de răcire a scăzut sub nivelul normal.

Sesizorul de nivel este o sondă metalică montată pe partea de sus a radiatorului, izolat de acesta şi astfel încât să nu intre în contact decât cu lichidul din radiator. Această sondă poate fi realizată din sârmă de cupru neizolată având diametrul de minimum 1 mm şi lungimea de maximum 30 mm.

110

Fig.4.59. Semnalizator de nivel minim al lichidului de răcire

Tranzistoarele T1 şi T2 formează un circuit basculant bistabiI de tip trigger Schmitt. La conectarea tensiunii de alimentare dacă sonda este imersată în lichid, datorită rezistenţei echivalente sonda -

lichid - rezervor, tranzistorul T1 va conduce, iar tranzistorul T2 va fi blocat, astfel încât becul B va fi stins. Când nivelul lichidului de răcire scade şi sonda nu mai este scufundată în lichid, tranzistorul T1 se blochează

determinând conducţia lui T1 şi deci aprinderea becului B. Nivelul minim de semnalizare poate fi reglat prin modificarea lungimii sondei şi prin modul ei de montare. 4.4.3.6. Semnalizator de nivel minim al lichidului pentru spălarea parbrizului

În echipamentul automobilelor moderne este prevăzut din construcţic şi un dispozitiv electric pentru spălarea parbrizului care realizează, iniţial, stropirea acestuia (inclusiv în timpul rulării) cu un lichid special - în general un amestec de apă, detergent şi antigel.

Fig.4.60. Semnalizator de nivel minim al lichidului de răcireDispozitivul din fig.4.60 semnalizează scăderea nivelului acestui lichid sub o limită critică, indicând astfel

necesitatea reumplerii rezervorului special respectiv (în general nemetalic). Senzorul de nivel este format dintr-o pereche de electrozi (fâşii de tablă sau bare din alamă) ce se introduc în

rezervorul lichidului pentru spălare. Lungimea electrozilor este astfel aleasă încât capătul inferior al acestora să se afle la nivelul minim de semnalizat.

Întrucât lichidul respectiv este bun conducător de electricitate (datorită detergentului), atâta timp cât electrozii sunt imersaţi, bazele tranzistoarelor T1 şi T2 - conectate în montaj Darlington - sunt polarizate în conducţie. Drept urmare, în punctul comun de colector al tranzistoarelor, potenţialul este aproximativ nul şi becul indicator B nu se aprinde.

În momentul în care, datorită scăderii nivelului lichidului, electrozii nu mai sunt scufundaţi, bazele tranzistoarelor nu mai sunt polarizate şi tranzistoarele Tl şi T2 se blochează. Astfel tensiunea pozitivă ce apare în colectorul lor comun determină aprinderea becului indicator B.

Rolul diodelor D1 şi D2 este dublu: - nu permit aplicarea potenţialului nul (al masei) pe colectoarele tranzistoarelor aflate în conducţie; - căderea de tensiune pe joncţiunile lor (cca. 1,2 V) asigură o aprindere fermă a becului B.

Becul B trebuie să fie de 6 V/0,1 A - la nevoie utilizându-se combinaţii serie-paralel de alte becuri disponibile.

111