Elektrická zařízení 4. přednáška

Transkript

1 4. přednáška Jan Koprnický TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

2 Obsah předchozí prednášky 1 Primární zdroje (základní) Rotační zdroje energie Dynamo Alternátor Nerotační zdroje energie Fotovoltaické články Palivové články 2 Sekundární zdroje Elektrochemické akumulátory (baterie) Hybridní baterie Ultrakapacitory Elektrická zařízení řízení a měření 2 / 40

3 řízení a měření 3 / 40 Obsah dnešní prednášky 1 Spouštěč 2 Zapalování 3 Elektropohony 4 Osvětlení

4 Spouštěč řízení a měření 4 / 40 Spouštěč (startér) Uvedení motoru do pohybu Protisíly tření Protisíly pomocných zařízení Vliv kompresí ve válcích Vliv setrvačných sil Spouštěče Hydraulické Pneumatické Setrvačníkové Pomocný spal. motor Elektrické Stejnosměrný seriový motor s ozubeným pastorkem

5 Spouštěč řízení a měření 5 / 40 Charakteristiky stejnosměrného sériového motoru

6 Spouštěč řízení a měření 6 / 40 Elektrické spouštěče 1 Spouštěč Spouštěč systému Bendix Spouštěč s výsuvnou kotvou Spouštěč s výsuvným pastorkem Dynamospouštěč Alternátorspouštěč

7 Spouštěč řízení a měření 7 / 40 Spouštěč systému Bendix Starší typ Jednoduchý Využití setrvačných sil pastorku Nevýhody Samovolné vyběhnutí ze záběru při zrychlení Větší poškození zubů Možnost vzpříčení Poruchovost tlumicích pružin

8 Spouštěč s výsuvnou kotvou Elektrická zařízení Spouštěč řízení a měření 8 / 40 Pastorek připojen k rotoru volnoběžnou spojkou Posun celého rotoru Dlouhý komutátor Dvojstupňové spínání 1 Sepnutí kontaktu T K1, F2 a F3 2 Kontakt K2 připojí F1 Nevýhody Velká hmotnost posuvné části Problémy na svahu Výkony 3 6 kw 1 pastorek; 2 lamelová spojka; 3 kotva; 4 stator; 5 kroužek; 6 západka; 7 pružina; 8 pouzdro spouštěče; 9 páka; 10 spínací; E elektromagnet; F1 hlavní sér. vinutí; F2, F3 pomocná sér. vinutí; K1, K2, T kontakty

9 Spouštěč s výsuvným pastorkem Elektrická zařízení Spouštěč řízení a měření 9 / 40 Nejvíce používaný Posuny mechanicky nebo elektromagneticky Dvojstupňové spínání 1 Zasunutí pastorku 2 Připojení hlavního sériového vinutí Výkony 3 15 kw 1 spínací kontakt; 2 elektromagnet se spínačem; 3 permanentní magnet; 4 vratná pružina; 5 zasouvací páka; 6 setrvačník; 7 volnoběžná spojka a pastorek; 8 zasouvací pružina; 9 spirála; 10 kryt; 11 baterie

10 Spouštěč řízení a měření 10 / 40 Dynamospouštěč Výhody + Spojení dvou funkcí v jednom stroji + Tišší spouštění (není pastorek) + Levnější řešení Nevýhody Rozdíl v podmínkách funkce spouštěče a dynama Spouštěč malé otáčky velký výkon Dynamo velké otáčky menší výkon Velká hmotnost Malá účinnost U malých dvoutaktních motorů Konstrukce Dvě samostatná bud. vinutí Dynamo derivační ss Spouštěč sériový ss

11 Spouštěč řízení a měření 11 / 40 Alternátorspouštěč CSA Crankshaft Starter Alternator 3f stroj velkého průměru a malé délky Přímo na klikové hřídeli Výhody Spojení dvou funkcí v jednom stroji Tišší spouštění (není pastorek) Rychlejší start motoru (Systém Stop and Go) Menší hmotnost Kompaktnost Lze použít jako mikrohybridní pohon (Stop and Go systémy)

12 Zapalování řízení a měření 12 / 40 Zapalování Zapálení směsi paliva a vzduchu ve vhodném okamžiku Kompresním teplem vznětové motory Vysokonapěťovou jiskrou (výbojem) zážehové motory Každý výboj závisí na vlastnostech zdroje napětí a na podmínkách v prostoru jiskřiště Druhy zapalování Vysokonapěťové Nízkonapěťové historie Zapalování povrchovými výboji

13 Dělení vysokonapětových zapalování Elektrická zařízení Zapalování řízení a měření 13 / 40 Podle použitého zdroje a) Bateriové b) Magnetoelektrické c) Piezoelektrické Podle použitého elektrického akumulačního prvku a) Indukční b) Kapacitní Podle konstrukce a) Klasické mechanický přerušovač b) Polovodičové tyristorové (kondenzátorové) c) Polovodičové tranzistorové Základní typy zapalování (Bosch) a) Klasické zapalování b) Tranzistorové zapalování mech. předstih, rozdělovač c) Elektronické zapalování mech. rozdělovač d) Plně elektronické zapalování e) Kondenzátorové zapalování

14 Vysokonapěťové zapalovací svíčky Elektrická zařízení Zapalování řízení a měření 14 / 40 Pracovní podmínky Teplotní výkyvy C Vysoké tlaky až 6 MPa Agresívní chemické prostředí (palivo, exploze) Vysoké napěťové rázy až 30 kv Výrobci BOSCH EYQUEM DENSO BRISK CHAMPION NGK

15 Zapalování řízení a měření 15 / 40 Konstrukce vysokonapěťové zapalovací svíčky 1 Koncovka pro zapalovací kabel 2 Střední elektroda 3 Izolátor 4 Lem těla svíčky 5 Těsnící prášek 6 Tělo svíčky se závitem 7 Zátav 8 Zátav 9 Podložka 10 Střední elektroda 11 Vnější kostřící elektroda 12 Šroubení

16 Vysokonapěťové zapalování I Elektrická zařízení Zapalování řízení a měření 16 / 40 Magnetoelektrické Energie se získává z otáčivého pohybu magneta Rotující magnet, rotující cívka, rotující mg. můstek, atd. Bateriové Transformace energie z baterie Části Zapalovací cívka Přerušovač Rozdělovač Indukované napětí u = N dφ dt

17 Vysokonapěťové zapalování II Elektrická zařízení Zapalování řízení a měření 17 / 40 Piezoelektrické Varianta kondenzátorového zapalování bez převodového transformátoru VN se získává tlakem na piezomateriál Elektronické zapalování Výhody proti již zmíněným typům zapalování Spolehlivější Přesnější Menší opotřebení kontaktů Nevýhody Složitější Viz dále

18 Zapalování řízení a měření 18 / 40 Elektronické zapalování Dělení 1 Elektronické s odlehčením kontaktů přerušovače 2 Kondenzátorové nebo induktivní použití přerušovače a rozdělovače Energie kondenzátoru: W C = 1 2 CU2 Energie cívky: W L = 1 2 LI2 3 Bezkontaktní zapalování s rozdělovačem synchronizace zapálení jiskry není řešena mechanicky Fotoelektrický snímač Hallův snímač Indukční snímač 4 Bezkontaktní statické (viz měřená úloha) Není žádná pohyblivá část Řízení mikropočítačem

19 Zapalování řízení a měření 19 / 40 Bateriové zapalování s mechanickým přerušovačem Schéma zapojení Vačky přerušovače pro n-válcové motory

20 Zapalování řízení a měření 20 / 40 Elektronické bezkontaktní zapalování s Hallovým snímačem Schéma zapojení Hlava rodělovače 1 Hallův snímač 2 Clona přerušující mg. pole mezi magnetem a snímačem

21 Elektronické bezkontaktní zapalování Čtyřvývodová zapalovací cívka Elektrická zařízení Zapalování řízení a měření 21 / 40 1 Sekundární vinutí 2 Magnetické jádro 3 Vývod vysokého napětí pro válec 1 4 Vývod vysokého napětí pro válec 4 5 Přívod proudu do primarního vinutí 6 Primární vinutí

22 Plně elektronické zapalování Schéma Elektrická zařízení Zapalování řízení a měření 22 / 40 1 Zapalovací svíčka 2 Dvoujiskrová zapalovací cívka 3 Spínač škrticí klapky 4 Řídicí jednotka s integrovanými koncovými stupni 5 Lambda sonda 6 Snímač teploty 7 Snímač otáček a polohy klikového hřídele 8 Ozubený kotouč 9 Akumulátor 10 Spínací skříňka

23 Zapalování řízení a měření 23 / 40 Plně elektronické zapalování s řídicí jednotkou 1 Rychlost motoru 2 Spínací signály 3 CAN (sériová sběrnice) 4 Tlak v sacím potrubí 5 Teplota motoru 6 Teplota nasávaného vzduchu 7 Napětí akumulátoru 8 Analogově/digitální převodník 9 Mikroprocesor 10 Budicí stupeň

24 Elektropohony (elektrické aktuátory) Elektrická zařízení Elektropohony řízení a měření 24 / 40 Druhy elektrických pohonů Motory Stejnosměrné cizebuzené, sériové, derivační, EC Krokové Střídavé asynchronní, synchronní Elektromagnety Kompaktní celky motor + převodovka (+) řídicí jednotka Aplikace Stěrače skel Centrální ovládání zámků Ovládání oken Ovládání střechy Ovládání polohy sedadla a řízení Ovládání zpětných zrcátek Klakson Brzdy

25 Elektropohony řízení a měření 25 / 40 Příklady využití Stejnosměrný motor parkovací brzda TRW, spouštěč Synchronní motor hybridní vozy, servořízení Krokový motor naklápění světlometů, pohyb ruček na přístrojové desce Elektromagnety elektromagentické ventily, houkačka

26 Osvětlení řízení a měření 26 / 40 Osvětlení Řídí se normou ČSN Osvětlení vozidel Řidič získává více jak 80 % informací z okolí (resp. o jízdě) vizuálně Bezpečnostní prvek vozidla vidět a být viděn Dělení podle umístění a) Vnější b) Vnitřní Základní dělení světelných zařízení a) Světlomety b) Svítilny c) Odrazky Dělení podle účelu a) Osvětlovací světla b) Návěstní světla

27 Osvětlení řízení a měření 27 / 40 Světelná zařízení Světelná zařízení Osvětlovací světla Návěstní světla Ostatní osvětlení Elektrické zdroje světla Trendy osvětlení

28 Osvětlení řízení a měření 28 / 40 Světlomety Svítidlo se zdrojem spojené optickou soustavou Světlomety tlumené/dálkové světlo Paraboloidní Elipsoidní Složený S proměnnou geometrií Adaptivní

29 Osvětlení řízení a měření 29 / 40 Návěstní světla Svítilny 1 Signalizační Brzdová Směrová Varovná 2 Identifikační (rozpoznávací) Obrysová a koncová světla Osvětlení poznávací značky Koncové světlo do mlhy Parkovací světlo

30 Osvětlení řízení a měření 30 / 40 Ostatní osvětlení Svítilny pro vnitřní osvětlení Podobné interierovému osvětlení budov Svítidla s různými zdroji a různých velikostí zářivková, žárovková, diodová atd. Světlovody Rozvod světla od světelného zdroje např. osvětlení přístrojové desky, přihrádky, zapalovače, atd.

31 Osvětlení řízení a měření 31 / 40 Elektrické zdroje světla Žárovky Klasické plněné netečným plynem Halogenové plněné směsí halogenidů (I, Br) Výbojky Nízkotlaké zářivky Vysokotlaké Halogenové, Xenonové Elektroluminiscenční diody LED OLED organické LED Jaké napájení mají vyjmenované zdroje?

32 Osvětlení řízení a měření 32 / 40 Předřadníky Úprava napájecího napětí pro světelný zdroj Co nejblíže k světelnému zdroji Př.: Předřadníky pro výbojové zdroje u(t) i(t) MB u ball(t) i lamp(t) FL i s(t) u lamp(t) S i(t) MB i lamp(t) u ball(t) HID u(t) S i s(t) u lamp(t) i(t) i lamp(t) EB HID u(t) u lamp(t)

33 Osvětlení řízení a měření 33 / 40 Vývoj účinnosti umělých elektrických zdrojů světla 200 luminous efficacy (lm/w) 160 major breakthrough high-pressure sodium metal halides low-pressure sodium high pressure mercury low-pressure mercury Incandescent year

34 Osvětlení řízení a měření 34 / 40 Trendy osvětlení Adaptivní světlomety Statická a dynamická regulace sklonu světlometů Natáčení světlometů Speciální funkce Denní osvětlení Comming-Home Náhrady světel s podobnými funkcemi Integrace akčních členů a řídicí elektroniky do světlometu Prodloužení životnosti světelných zdrojů na životnost automobilu Využití viditelného i neviditelného světelného spektra Night Vision

35 Osvětlení řízení a měření 35 / 40 Adaptivní světlomety

36 Technické řešení adaptivního světlometu Elektrická zařízení Osvětlení řízení a měření 36 / 40 Více viz přednášky Škoda Auto na FM

37 Příklady trendů v osvětlení Night Vision Složení systému Elektrická zařízení Osvětlení řízení a měření 37 / 40 Systém Night Vision = zdroj IR záření + kamera IR + DSP obrazu + displej

38 Konec řízení a měření 38 / 40 Děkuji za pozornost.

39 Literatura řízení a měření 39 / 40 Literatura I Bauer, H.; Dietsche, K.-H.; Crepin, J.; aj. (editoři): Bosch Electronic Automotive Handbook. Stuttgart: Robert Bosch GmbH, první vydání, Reif, K.: Automobilelektronik, ATZ/MTZ-Fachbuch, ročník XII, 366 s. Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, druhé vydání, April 2007, ISBN , mit 294 Abbildungen und 41 Tabellen. Schwarz, J.: Automobilový kurs. Praha: Orbis, Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 16 Vznětový motor 1,9 l TDI. Dílenská učební pomůcka. Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 25 OCTAVIA CLIMATRONIC. Dílenská učební pomůcka. Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 26 OCTAVIA Bezpečnost vozidla. Dílenská učební pomůcka.

40 Literatura řízení a měření 40 / 40 Literatura II Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 53 ŠkodaOctavia; Představení vozidla , dílenská učební pomůcka. Štěrba, P.: Elektrotechnika a elektronika automobilů. Praha: Computer press, 2004, ISBN Šťastný, J.; Remek, B.: Autoelektrika a autoelektronika. Praha: T. Malina-nakladatelství, 2003, ISBN