Датчики положения и перемещения

Для определения положений дроссельной заслонки и угловой скорости перемещения

(частоты вращения) коленчатого вала применяют датчики контактного типа.

Основой

потенциометрического

датчика

является

пленочный

резистор

с

несколькими контактными дорожками, с которыми контактируют упругие токосъемные

элементы (см. рис. 2.1.9). Последние связаны с осью датчика и перемещаются вместе с

ней. Токосъемные элементы обеспечивают получение сигналов ускорения при резком

открытии дроссельной заслонки, о холостом ходе двигателя, информацию о положении

дроссельной заслонки и полном или близком к нему открытии дроссельной заслонки.

в

Рис. 2.1.9. Один из вариантов потенциометрического датчика положения дроссельной

заслонки:

а – конструкция; б – электрическая схема; в – типичная градуировочная характеристика; 1 - корпус;

2, 3 - скользящие контакты; 4 - электрический разъем; 5, 6 - резистивные дорожки

Основные требования к датчику положения дроссельной заслонки: высокая

долговечность и стабильность работы при отсутствии дребезжания контактов. Эти

требования выполняются за счет подбора износостойких материалов дорожек и

контактных площадок токосъемных элементов.

Недостатки электромеханических датчиков контактного типа отсутствуют в

бесконтактных датчиках, в частности, оптоэлектронных датчиках с кодирующим диском.

Разрешающая способность датчика может быть меньше 1° за счет применения

78

прецизионных кодирующих дисков и оптических или фотоэлектрических устройств.

Кодирующий диск имеет прорези или прозрачные площадки. По разным сторонам диска

установлены источники света и фоточувствительные элементы (обычно фотодиоды). При

вращении

диска

свет

попадает

на

определенную

комбинацию

фотодиодов

(фотоэлементов), что позволяет однозначно определять угол поворота диска.

Индуктивные датчики перемещения в электронных системах управления двигателем

используются

в основном

для измерения

частоты

вращения

коленчатого или

распределительного вала двигателя. Они предназначены также для определения ВМТ

первого цилиндра или другой специальной метки, служащей началом отсчета для системы

управления, чем обеспечивается синхронизация функционирования системы управления с

рабочим процессом двигателя.

Индукционная катушка датчика размещена вокруг постоянного магнита, полюс

которого со стороны, обращенной к объекту вращения, например, к зубчатому венцу

маховика (см. рис. 2.1.10 и 2.1.11), имеет магнитопровод из магнитомягкого материала.

Магнитопровод установлен с небольшим зазором относительно зубьев вращающегося

зубчатого венца маховика.

Рис. 2.1.11. Индуктивный датчик

Рис. 2.1.10. Индуктивный датчик:

1 - корпус; 2 - индукционная катушка; 3 -

магнитопровод; 4 - магнит из феррита бария: 5

- пружинное кольцо; 6 - крышка со штекерами;

7 - фланец

вращения:

1 - постоянный магнит; 2 - корпус; 3 -

картер двигателя; 4 - магнитомягкий

сердечник; 5 - обмотка; 6 - зубчатое

колесо с точкой отсчета

При перемещении зубьев относительно магнитопровода величина зазора между

ними меняется. Это вызывает изменение магнитной индукции и появление двухполярного

электрического импульса в индукционной катушке. Две пикообразные полуволны

импульса расположены симметрично относительно оси, проходящей через нулевую точку,

а нулевая точка соответствует центру каждого зуба, что позволяет с большой точностью

определить их положение.

Амплитуда выходного сигнала датчика зависит от длины воздушного зазора между

магнитопроводом и маркерным зубом и от скорости изменения магнитной индукции,

зависящей от скорости перемещения зуба.

Индуктивные датчики относятся к числу наиболее надежных датчиков в

электронных системах управления автомобильных двигателей.

79

Датчики детонации

Датчики

детонации

отличаются

большим

разнообразием по

конструкции и физическим

принципам работы, так как имеет место большое

количество

признаков

проявления

детонации.

Соответственно, датчики могут размещаться на

двигателе в различных местах.

Наиболее распространен способ установления

детонации

с

помощью

пьезокварцевого

вибродатчика (рис. 2.1.12), все элементы которого

Рис. 2.1.12. Пьезоэлектрический

вибродатчик:

1 - основание; 2 - пьезоэпементы;

3 - инерционная масса; 4 - латунная

фольга; 5 - крышка; 6 - кабель

крепятся к основанию 1, выполненному из

титанового сплава. Пьезоэлектрический

преобразователь состоит из двух включенных

параллельно кварцевых пьезо-элементов. При

возникновении детонации (вибрации) инерционная

масса 3 воздействует на пьезоэлементы 2 с

соответствующей частотой и усилием. В результате пьезоэффекта появляется переменный

сигнал, который снимается с кварцевых пластин с помощью выводов из латунной фольги.

Датчики кислорода (l-зонды)

Известны два типа датчиков кислорода. В одном из них чувствительным элементом

является диоксид циркония ZrO₂, во втором - диоксид титана TiO₂. Оба типа датчиков

реагируют на парциальное давление кислорода.

Рис. 2.1.13. Циркониевый датчик кислорода:

1 — корпус; 2 — керамический уплотнитель; 3 — выводы

(подогрев и сигнал); 4 — контакт нагревательного элемента;

5 — нагревательный элемент; 6 — кожух;

7 — твердый электролит на основе ZrO2; 8 — защитный

колпачок с прорезями

Циркониевый датчик (рис. 2.1.13) имеет два электрода - внешний 4 и внутренний 5.

Оба электрода выполнены из пористой платины или ее сплава и разделены слоем твердого

электролита. Электролитом является диоксид циркония ZrO₂ с добавлением оксида

иттрия для повышения ионной проводимости электролита. Среда, окружающая

внутренний электрод, имеет постоянное парциальное давление кислорода. Внешний

электрод омывается потоком отработавших газов в выпускной системе двигателя с

80

переменным парциальным давлением кислорода. Ионная проводимость твердого

электролита, возникающая вследствие разности парциальных давлений кислорода на

внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов

между ними (рис. 2.1.14).

Рис. 2.1.14. Циркониевый датчик кислорода:

а – схема; б – градуировочная характеристика; 1 -

электропроводное уплотнение; 2 - корпус; 3 -

твердый электролит; 4, 5 - внешний и внутренний

электроды

При низком уровне парциального давления кислорода в отработавших газах, когда

двигатель работает на обогащенной смеси l<1), датчик, как гальванический элемент,

генерирует высокое напряжение (700-1000 мВ). При переходе на обедненную смесь (l>1)

парциальное давление кислорода в отработавших газах заметно увеличивается, что

приводит к резкому падению напряжения на выходе датчика до 50-100 мВ. Такое резкое

падение напряжения датчика при переходе от обогащенных к обедненных смесям

позволяет определить стехиометрический состав смеси с погрешностью не более ±0,5 %.

Выходное напряжение датчика зависит от температуры, поскольку проводимость

диоксида циркония при температуре ниже 300°С практически равна нулю. Поэтому

рабочей температурой датчика считается 600°С, для достижения которой поздние модели

датчика оборудованы обогревателем.

Принцип работы датчика кислорода на базе диоксида титана TiO2 основан на

изменении электропроводности TiO2 при изменении парциального давления кислорода в

выпускной системе. Конструкция датчика представлена на рис. 2.1.15. Параллельно

чувствительному элементу 1 датчика подключен термистор для компенсации влияния

температуры на сопротивление соединения TiO2.

Рис. 2.1.15. Датчик кислорода на основе двуокиси титана:

1 - чувствительный элемент; 2 - металлический корпус; 3 -

изолятор; 4 - входные контакты; 5 - уплотнение; 6 - защитный

кожух

Выполнение работы

Работа включает диагностирование датчиков электронных систем

управления с последующим ремонтом (при необходимости). Перед началом выполнения работы необходимо ознакомиться с устройством соответствующего датчика, спецификой его работы, функциональными зависимостями, диагностическим оборудованием. Резистивные датчики, в том числе потенциометрические проверяются по величине сопротивления, напряжения и зачастую по силе

тока. Линейные датчики можно проверять по двум характерным

точкам. Для нелинейных требуется построения характеристики, для

чего необходимо большее количество измерений и чем их больше

тем точнее результат. Результаты сверяются с техническими харак-

теристиками, кроме того, зачастую определяется плавность измене-

ния физических величин. Измерения проводятся с помощью муль-

тиметра. Подключения для проверки сопротивления и напряжения

приведены на рис. 2.26. При проверке потенциометрического дат-

чика наиболее эффективным оказывается применение цифровых

запоминающих осциллографов. Проверка производится по напря-

жению. Для проверки необходимо выводы осциллографа подклю-

чить к потенциометру вместо вольтметра или параллельно ему в

соответствии с рис. 2.26, в.

а

б

в

Рис. 2.26. Проверка потенциометрических датчиков:

а – проверка общего сопротивления; б – проверка изменения сопротивления

потенциометрического датчика при повороте движка; в – проверка выходного

напряжения потенциометрического датчика при повороте движка; R – датчик

потенциометрический; U – напряжение, подводимое к датчику

Проверка датчика положения дроссельной заслонки. Подклю-

чение производится с ранее рассмотренными схемами (см. рис. 2.26).

В соответствии с техническими условиями исправный датчик по-

ложения дроссельной заслонки должен выдавать напряжение в диа-

пазоне 0,5–4,5 В в зависимости от положения дроссельной заслон-

60

ки. Сигнал при повороте дроссельной заслонки должен меняться

плавно, без скачков и провалов. На рис. 2.27 показана осциллограм-

ма, по которой определяется исправность датчика.

Полностью

открытая

др. заслонка

Др. заслонка

закрывается

0,5 В

Дроссельная

заслонка

закрывается

4,5 В

Напряжение при закрытой

др. заслонке

а

б

Провалы

в напряжении

Рис. 2.27. Осциллограммы сигналов исправного (а)

и неисправного (б) датчиков положения дроссельной заслонки

Наличие провалов или скачков в выходном напряжении обяза-

тельно приводит к неправильной работе системы управления двига-

телем и ухудшению ездовых характеристик двигателя. Провалы и

скачки в выходном сигнале могут иметь длительность несколько

миллисекунд и не могут быть обнаружены с помощью обычного

вольтметра. Они появляются при износе резистивного слоя или пол-

зунка в потенциометрическом датчике. Датчик положения дроссель-

ной заслонки следует проверять в следующих случаях:

1· при получении соответствующих кодов неисправностей;

2· при затрудненном пуске, неустойчивой работе или остановках

двигателя на холостом ходу;

3· при повышенном расходе топлива, детонации, обратной вспыш-

ке, задержках, провалах, подергивании двигателя и т. д.

Подобным образом проверяется потенциометрический датчик рас-

хода воздуха (рис. 2.28).

Выходной сигнал исправного датчика массового расхода воздуха

независимо от его конструкции (с выходом по напряжению или по

частоте) должен линейно меняться с изменением числа оборотов

двигателя. Для проверки этого можно использовать мультиметр или

осциллограф.

61

γ,

Рис. 2.28. Зависимость сопротивления и напряжения от угла поворота напорного диска

потенциометрического датчика расхода воздуха:

γ – угол поворота движка потенциометра, град; R – сопротивление датчика, кОм;

U – напряжение, снимаемое с датчика, В

Датчик массового расхода воздуха следует проверять в следую-

щих случаях:

· при получении соответствующих кодов неисправностей;

· при затрудненном пуске или невозможности запуска двигателя;

· при неустойчивой работе или остановках двигателя на холо-

стом ходу;

· при повышенном расходе топлива, обратной вспышке, дето-

нации, неисправностях каталитического нейтрализатора.

Полупроводниковые датчики проверяются по величине сопро-

тивления и напряжения. Результаты сверяются с техническими ха-

рактеристиками, кроме того, зачастую определяется плавность из-

менения физических величин. Измерения проводятся с помощью

мультиметра. Примером проверки может служить датчик темпера-

туры охлаждающей жидкости.

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости про-

изводится с использованием мультиметра (рис. 2.29). При исполь-

зовании осциллографа проверка производится по напряжению в

режиме измерения постоянного тока. Для проверки необходимо вы-

воды осциллографа подключить к потенциометру вместо вольтмет-

ра или параллельно ему (рис. 2.29, б).

62

а

б

Рис. 2.29. Проверка датчика температуры:

а – проверка по сопротивлению; б – проверка по напряжению; R – датчик темпера-

туры; R 1 – добавочный резистор; U – напряжение питания

При низкой температуре двигателя датчик имеет высокое сопро-

тивление (около 100 кОм при –40 °С), а при высокой температуре –

низкое (10–30 Ом при 130 °С). Электронный блок управления дви-

гателем подает к датчику через сопротивление определенной вели-

чины стабилизированное напряжение 5 В и с помощью делителя

измеряет падение напряжения на датчике. Датчик температуры

охлаждающей жидкости следует проверять в следующих случаях:

· при обнаружении в регистраторе неисправностей соответствую-

щих кодов;

· при затрудненном пуске, неустойчивой работе или остановках

двигателя на холостом ходу;

· при повышенном расходе топлива, детонации или повышен-

ной концентрации СО в отработавших газах;

· при негаснущей контрольной лампе «перегрев двигателя» (ес-

ли имеется).