Motoarele cu ardere internă moderne sunt echipate cu sisteme electronice de control. Aceste sisteme comandă diferite actuatoare electrice (solenoizi, motoare) cu scopul de a crește performanțele dinamice ale motorului (injecție, turbocompresor) și de a reduce emisiile poluante (vană EGR, canistră de carbon activ).
SEMNAL ANALOGIC ȘI DIGITAL
Pentru a înțelege ce înseamnă PWM este important să facem diferența între un semnal analogic și unul digital.
De exemplu, tensiunea unei baterii de automobil este un semnal analogic.
Tensiunea bateriei, în funcție de starea de încărcare, poate varia între 0 și 13 V.
Dacă de exemplu conectăm un consumator la bateria de acumulatori acesta va fi pus sub o tensiune care va varia continuu, în funcție de curentul pe care-l consumă.
Altfel spus, un semnal analogic este un semnal care poate varia continuu, între un minim și un maxim.
Supapă cu solenoid pentru comanda pneumatică a vanei EGR
Solenoizii supapelor de control ale sistemelor automobilului sunt acționate cu semnale (tensiuni) analogice. De exemplu, o supapă EGR acționată cu solenoid poate fi deschisă în orice poziție, între minim și maxim, în funcție de tensiunea de alimentare. Dacă-i aplicăm 0V va fi complet închisă (0%), la 13V complet deschisă (100%) și va avea poziții intermediare, la tensiuni de comandă intermediare (ex. 60% deschisă pentru o tensiune de 7.8V).
Supapă cu solenoid pentru comanda pneumatică a geometriei turbocompresorului
Pe lângă supapa de comandă pneumatică a vanei EGR, geometria turbocompresorului cât și poziția arborelui cu came, la o distribuție variabilă continuă, este controlată cu ajutorul unor supape cu solenoizi.
SUPAPĂ COMANDĂ HIDRAULICĂ DISTRIBUȚIE VARIABILĂ
Pe de altă parte un semnal digital este un semnal care are valori discrete, un minim și un maxim. Un semnal digital nu are decât două stări/valori, de exemplu 0 V sau 13 V. Comanda calculatorului de injecție este digitală, tensiune de ieșire pe un anumit pin poate lua doar valori discrete, 0V sau Ubat (tensiunea bateriei).
Dezavantajul circuitelor de comandă analogice este dată de faptul că acestea își schimbă caracteristicile în timp și sunt dificil de controlat.
De asemenea, circuitele analogice consumă energie multă, se încălzesc și sunt sensibile la perturbații. În sens opus, circuitele digitale sunt mai ușor de implementat, au dimensiuni și masă reduse, disipă mai puțină căldură și sunt în general imune la perturbații. Întrebarea este: cum controlez componentele analogice (solenoid EGR, turbocompresor, distribuție variabilă) cu un sistem de control digital (calculatorul de injecție)? Simplu, cu comandă PWM!
Caracteristici semnal PWM
PWM este abrevierea pentru expresia în limbă engleză Pulse Width Modulation. În traducere înseamnă Modulația în Durată a Impulsurilor.
Un semnal PWM este un semnal dreptunghiular caracterizat de:
o valoare minimă (0V);
o valoare maximă (Ubat);
o perioadă (durată);
o factor de umplere („duty cycle”).
Factorul de umplere reprezintă procentul din perioadă, cât semnalul are valoarea maximă.
Dacă, de exemplu, perioada semnalului este de 1s iar valoare maximă este ținută 0.5 s, atunci factorul de umplere este de 50% deoarece doar jumătate din perioada întreagă a semnalului este menținută la valoarea maximă (Ubat).
Marele avantaj al utilizării acestui semnal este posibilitatea de a obține o tensiune medie echivalentă în funcție de factorul de umplere. În acest mod, un calculator de injecție poate controla o componentă analogică cu ajutorul unui semnal digital. În funcție de durata factorului de umplere se poate obține o tensiune medie variabilă între un minim (0V) și un maxim (12V).
Variația tensiunii aplicate pe actuator în funcție de factorul de umplere
Frecvența semnalului PWM este inversul duratei acestuia și are valori de ordinul kHz. Un semnal PWM de 1 kHz oscilează de 1000 ori pe secundă adică perioada acestuia este de doar 0.001 s.
Dacă factorul de umplere al acestui semnal este 50%, valoare maximă va dura 0.0005s iar cea minimă tot 0.0005s. Utilizarea unui semnal PWM pentru controlul solenoizilor este o metodă simplă și eficientă aplicată sistemelor electronice ale automobilului. Utilizând acest principiu un calculator digital este capabil să controleze cu o preciezie foarte bună sisteme analogice, la un consum scăzut de energie. Pentru a vizualiza un semnal PWM, datorită frecvențelor mari, este necesară utilizarea unui osciloscop. Înțelegerea acestui
concept este utilă celor care vor să diagnosticheze corect buna funcționare a calculatorul de injecție, în sensul verificării comenzii PWM a acestuia.
