(495) 647-14-00
Skype nevi6631
(929) 588-38-58
Фартех в Твиттере Фартех в Вконтакте Фартех в Фейсбуке Фартех в Живом Журнале Фартех в Гугль +

zakaz@farlam.ru

      Открытие дизель центра

 


Датчики

Датчики и генераторы импульсов регистрируют рабочее состояние двигателя (например, частоту вращения) и задающие значения параметров (например, положение педали акселератора). Они преобразуют физические величины в электрические сигналы. Работа современного автомобиля с электронным управлением с обратной связью или без обратной связи без высокоточных и быстродействующих датчиков была бы немыслимой.

Рис. 41 Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя. 1 - уплотнительное кольцо, 2 - резьба, 3 - электрические выводы, 4 - корпус датчика, 5 - измеряющее сопротивление, 6 - охлаждающая жидкость.

Применение в автомобилях

Датчики и приводы представляют собой средства взаимодействия (интерфейсы) между электронными блоками управления, как блоками, обрабатывающими информацию, и автомобилем с его сложными управлением, тормозами, шасси и бортовыми функциями, как, например, электронная система курсовой устойчивости (ESP) и кондиционер. Как правило, контур интерфейса в датчике преобразует сигналы таким образом, чтобы они могли быть обработаны в ЭБУ.

Поскольку датчики находятся где-то в глубине моторного отсека или где-то еще в автомобиле, они по большей части ведут свою обособленную жизнь. Кроме того, тот факт, что их размеры постоянно становятся меньше, означает, что они все менее заметны. Более того, современная тенденция заключается в стремлении “спрятать” датчики в блоках, в результате чего техническое значение последних возрастает, а общая стоимость уменьшается. Хорошими примерами таких блоков являются педаль акселератора со встроенным датчиком положения педали, композитный сальник коленчатого вала с датчиком частоты вращения и модульный блок массового расходомера воздуха с нитью термоанемометра.

С другой стороны, датчики должны удовлетворять все повышающимся требованиям, касающимся как их стоимости, так и функций. Чем большее влияние выходной сигнал датчика оказывает на мощность двигателя и крутящий момент, одновременно с влиянием на эмиссию вредных веществ с ОГ, управляемость автомобиля, безопасность и надежность, тем они должны быть более точными.

В соответствии с этими жесткими требованиями датчики будущего будут “думающими”. Это означает, что электронная схема датчика будет объединяться с оценочными алгоритмами (вычислительной обработкой), сложными регулировочными функциями и там, где это возможно, функциями самокалибровки.

Рис. 42 Кривая характеристики датчика с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).

Датчики электронной системы управления дизелей

В следующих ниже параграфах представлены датчики, применяющиеся в настоящее время в системах управления дизелей.

Будущее, таким образом, видится в интегрировании в системы управления новых датчиков, которые позволят обеспечить соответствие с более строгими правилами по эмиссии вредных веществ с ОГ и постоянное диагностирование (бортовая диагностика OBD - On-Board Diagnostics) с выводом информации.

Это будут датчики состава ОГ и будут включать не только уже известные кислородные датчики (у- зонды), применяемые в бензиновых двигателях, но также и датчики давления и температуры ОГ.

Температурные датчики с положительным (РТС) и отрицательным (NTC) температурными коэффициентами

Применение

Такие температурные датчики устанавливаются в различных местах автомобиля, в зависимости от их назначения.

Рис. 43 Микросхема микрометрического датчика давления DS-LDF4 (схема сопротивлений). 1 - диафрагма, 2 - кремниевый чип, 3 - зона разрежения, 4 - стекло (пирекс - боросиликатное стекло), 5 - мост Уитстона; р - измеряемое давление, U„-напряжение питания, Uм- измеряемое напряжение, R1 - измеряющие резисторы (работают на сжатие), R2- измеряющие резисторы (работают на растяжение).

Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя

Этот датчик устанавливается в контуре системы охлаждения двигателя и измеряет роль индикатора теплового состояния двигателя (рис 41). Информация датчика позволяет системе управления адаптироваться к температуре двигателя. Диапазон измеряемых температур датчиком составляет -40 - +130”С.

Датчик температуры воздуха

Этот датчик устанавливается во впускном тракте двигателя и измеряет температуру воздуха на впуске. В координации сдатчиком давления наддува датчик температуры воздуха может быть использован для точного измерения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель. Кроме того, установочное значение для контура обратной связи (например, в системе рециркуляции ОГ, регулировании давления наддува) может быть адаптировано как функция температуры. Диапазон измеряемых температур датчиком находится в пределах от -40 до +120°С.

Датчик температуры масла в двигателе

Сигнал от датчика температуры масла используется при определении интервала между техническими обслуживаниями. Диапазон измеряемых температур датчиком составляет -40 - +170°С.

Датчик температуры топлива

Этот датчик устанавливается в ступени низкого давления топливной системы. Температура топлива является важным фактором для точного определения величины цикловой подачи. Диапазон измеряемых температур датчиком составляет -40 - +120°С.

Рис. 44 Чувствительный элемент микромеханического датчика давления DS-LDF4 (конструкция). 1 - провод, 2 - опорное разрежение, 3 - электрические выводы в стеклянной заделке, 4 - чувствительный элемент (чип) с электронной схемой, 5 - стеклянное основание, 6 - крышка, 7 - соединение для измеряемого давления (р).

Устройство и принцип работы

В зависимости от условий применения температурные датчики существуют в различных формах и вариантах. Термозависимый полупроводниковый измеряющий резистор монтируется внутри корпуса датчика. Это или тип датчиков с отрицательным температурным коэффициентом (NTC - Negative Temperature Coefficient), или с положительным температурным коэффициентом (РТС - Positive Temperature Coefficient).

Электрическое сопротивление резисторов в этих датчиках при увеличении температуры, соответственно, или уменьшается (NTC), или увеличивается (РТС). Измерительный резистор устанавливается в цепи с напряжением питания 5 В, а напряжение, измеряемое в цепи,следовательно, зависит от температуры. Это напряжение через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подается в ЭБУ и является, таким образом, мерой температуры данного датчика. В памяти ЭБУ двигателя хранится характеристика, с помощью которой определяется температура по каждому сигналу напряжения (рис. 42).

Микромеханические датчики давления

Рис. 45 Чувствительный элемент микромеханического датчика давления наддува DS-LDF4.

Применение

Датчик давления во впускном коллекторе и/или датчик давления наддува

Датчик давления наддува обычно устанавливается непосредственно на впускном коллекторе между турбокомпрессором и двигателем. Он измеряет абсолютное давление во впускном коллекторе (2-400 кПа, или 0,02-4,0 бар). Действительное измерение осуществляется по отношению к разрежению в коллекторе, а не к давлению окружающей среды. Это позволяет проводить точное измерение массового расхода воздуха, и поэтому регулирование турбокомпрессора может осуществляться в соответствии с режимом работы двигателя.

Датчик атмосферного давления

Датчик атмосферного давления может быть установлен в ЭБУ или в другом месте в моторном отсеке двигателя. Сигнал этого датчика используется для высотной коррекции установочных величин в контурах с обратной связью (например, для системы рециркуляции ОГ или регулирования давления наддува Это позволяет компенсировать разницу в атмосферном давлении при работе на различных высотах. Датчик атмосферного давления измеряет абсолютное давление в диапазоне 60-115 кПа (0,6-1,15 бар).

Рис. 46 Конструкция микромеханического датчика давления наддува DS-LDF4. 1 - датчик температуры (NTC), 2 - корпус датчика, 3 - стенка впускного коллектора, 4 - уплотнительное кольцо, 5 - электрический вывод, 6 - крышка корпуса, 7 - чувствительный элемент.

Датчики давления масла и топлива

Датчики давления масла устанавливаются в масляном фильтре и измеряют абсолютное давление. Эта информация используется для определения нагрузки двигателя, что требуется для изображения на экране монитора. Диапазон измеряемого давления от 50 до 1000 кПа (0,5-10,0 бар).

Высокое сопротивление чувствительного элемента датчика по отношению к измеряемой среде означает, что он может быть использован также для измерения давления топлива в ступени низкого давления топливной системы. Датчик устанавливается или в топливном фильтре, или на нем. Его сигнал используется для отслеживания степени загрязнения топлива. Диапазон измеряемого давления 20-400 кПа (0,2-4,0 бар).

Устройство и конструкция

Измеряющий элемент является сердцем микромеханического датчика давления (рис. 44) и состоит из кремниевого чипа (2 на рис. 43), внутри которого микромеханическим способом вставлена тонкая диафрагма (1). На диафрагме расположены четыре измеряющих резистора (R, и Д.), электрическое сопротивление которых изменяется, когда к диафрагме прикладывается давление. Чувствительный элемент на стороне электронной схемы закрыт и герметически уплотняется крышкой, которая заключает внутри себя зону опорного разрежения (рис. 44 и 45). В датчик давления может быть также вмонтирован температурный датчик (1 на рис. 46), сигналы которого могут оцениваться отдельно. Преимущество такого устройства заключается в том, что требуется только один корпус датчика для измерения как температуры, так и давления.

Рис. 47 Характеристика микромеханического датчика давления наддува.

Принцип работы

Диафрагма чувствительного элемента может выгибаться на несколько микрон (10 -1000 мкм) в зависимости от прилагаемого к ней давления. Возникающее в результате механическое растяжение вызывает изменение сопротивления четырех измеряющих резисторов, закрепленных на диафрагме (пьезорезистивный эффект).

Эти измеряющие резисторы установлены на кремниевом чипе, так что когда диафрагма деформируется из-за приложения давления, электрическое сопротивление двух резисторов увеличивается, а сопротивление двух других резисторов уменьшается. Поскольку резисторы являются частью моста Уитстона (5 на рис. 43), то при изменении величины сопротивления изменяется напряжение на концах измерительных резисторов и вместе с этим измеряемое напряжение UA, которое, таким образом, становится мерой величины давления, приложенного к диафрагме.

Использование мостовой схемы позволяет генерировать более высокое измеряемое напряжение, чем это было бы возможно в схеме с одним резистором. Мост Уитстона, следовательно, позволяет получить более высокий уровень чувствительности датчика. Сторона диафрагмы, на которой установлены элементы электронной схемы и на которую не действует давление, находится под воздействием опорного разрежения (2 на рис. 2 с. 44) и, таким образом, датчик измеряет абсолютное давление.

Электронная схема формирования сигнала встроена в чип и служит для усиления напряжения моста, компенсации температурных колебаний и линеаризации кривой характеристики давления. Выходное напряжение, составляющее величину 0-5 В, через электрические выводы датчика (5 на рис. 46) подается на ЭБУ, в котором рассчитывается величина давления посредством запрограммированной характеристической кривой (рис. 47).

Рис. 48 Индуктивный датчик частоты вращения. 1 - постоянный магнит, 2 - корпус датчика, 3 - блок цилиндров двигателя, 4 - магнитный сердечник, 5 - электромагнитная обмотка, 6 - воздушный зазор, 7 - магнитное поле, 8 - задатчик угловых импульсов (зубчатый диск) с отметчиком - пропуском зубьев.

Индуктивные датчики частоты вращения и положения вала

Применения

Датчики частоты вращения используются для определения: угла положения коленчатого вала (положения поршней двигателя); положения плунжера электромагнитного клапана, управляющего ТНВД распределительного типа.

Частота вращения рассчитывается по частоте сигнала датчиков. Выходной сигнал от датчика частоты вращения является одним из самых важных в системе электронного управления двигателя.

Устройство и принцип работы

Датчик устанавливается непосредственно напротив ферромагнитного зубчатого диска - задатчика угловых импульсов (8 на рис. 1), от которого его отделяет небольшой воздушный зазор. Датчик имеет сердечник из магнитомягкого железа (4), который заключен в электромагнитную обмотку (5). Сердечник соединен также с постоянным магнитом (1), и магнитное поле проходит через сердечник и зубчатый диск - задатчик импульсов (8). Интенсивность магнитного потока, проходящего через обмотку, зависит от того, находится ли датчик напротив зуба на диске или напротив промежутка (пропуска зубьев). Поскольку магнитный поток концентрируется зубьями диска, что приводит к увеличению магнитного потока через обмотку, то при подходе пропуска зубьев он ослабевает. Следовательно, при вращении зубчатого диска возникают колебания магнитного потока, которые, в свою очередь, генерируют синусоидальные колебания напряжения в электромагнитной обмотке, пропорциональные скорости изменения магнитного потока (рис. 48). Амплитуда колебаний переменного напряжения увеличивается строго пропорционально увеличению скорости вращения зубчатого диска (от нескольких мВ до 100 В). Для генерирования достаточного уровня сигнала требуется, по крайней мере, 30 мин-1.

Рис. 49 Сигнал от индуктивного датчика частоты. 1 - выступ (зуб), 2 - промежуток между выступами, 3 - установочная отметка.

Количество зубьев на задатчике угловых импульсов зависит от конкретного применения. Например, в системе автоматического управления двигателя с электромагнитным клапаном управления подачей топлива обычно используется задатчик с числом зубьев 60, хотя при этом два зуба отсутствуют (8 на рис. 48) и диск, таким образом, имеет 58 зубьев. Очень большой пропуск зубьев (8) устанавливается для определения положения коленчатого вала и служит как отметка для синхронизации в ЭБУ.

Существует другой вариант задатчика угловых импульсов, который имеет один зуб на цилиндр. Следовательно, в случае четырехцилиндрового двигателя задатчик имеет четыре зуба и, соответственно, генерируются четыре импульса на один оборот зубчатого диска.

Геометрия зубьев задатчика и магнитного сердечника должны соответствовать друг другу. Электронная схема в ЭБУ преобразует синусоидальное напряжение, которое характеризуется четко меняющимися амплитудами, в среднеквадратичный сигнал с постоянной амплитудой для его оценки в микропроцессоре ЭБУ.

Существует другой вариант задатчика угловых импульсов, который имеет один зуб на цилиндр. Следовательно, в случае четырехцилиндрового двигателя задатчик имеет четыре зуба и, соответственно, генерируются четыре импульса на один оборот зубчатого диска.

Геометрия зубьев задатчика и магнитного сердечника должны соответствовать друг другу. Электронная схема в ЭБУ преобразует синусоидальное напряжение, которое характеризуется четко меняющимися амплитудами, в среднеквадратичный сигнал с постоянной амплитудой для его оценки в микропроцессоре ЭБУ.

Рис. 50 Чувствительный элемент датчика Холла. UH - напряжение Холла, UR- напряжение на чувствительном элементе, B- магнитная индукция, a - отклонение электронов магнитным полем.

Датчики Холла

Применения

Распределительный вал двигателя вращается в два раза медленнее коленчатого вала. При движении данного поршня к ВМТ угловое положение распределительного вала является индикатором того, является ли это тактом сжатия или тактом выпуска. Датчик фазы положения распределительного вала обеспечивает этой информацией ЭБУ.

Устройство и принцип работы

В датчике углового положения вала используется эффект Холла. На задатчике угловых импульсов, закрепленном на распределительном валу, имеются выступы (зубья) из ферромагнитного материала и, когда один из этих выступов проходит мимо токоведущего чувствительного элемента (чипа) датчика, его магнитное поле направляет электроны чипа в вертикальном направлении, как это показано на рис. 50. В результате появляется сигнал напряжения (напряжение Холла), который направляется в ЭБУ как информация о рабочем цикле в цилиндре №1. Выходное напряжение датчика находится в диапазоне милливольт и не зависит от относительной скорости между датчиком и зубчатым диском. Перед отправлением сигнала он оценивается вычислительным контуром, встроенным в датчик.

Рис. 51 Характеристика чувствительного элемента датчика Холла.

Дифференцирующий принцип Холла

Кроме обычных датчиков Холла применяются также так называемые дифференцирующие чувствительные элементы Холла. Они состоят их двух чувствительных элементов Холла, которые пространственно смещены один от другого, и выходной сигнал в этом случае пропорционален разнице в плотности магнитных потоков в измеряемых точках. Преимущества дифференцирующего принципа лежат в более широком диапазоне значений воздушного зазора и в хорошем качестве температурной компенсации. Одно обстоятельство, которое следует принимать во внимание для таких датчиков Холла, заключается в необходимости обеспечения более высокой точности при их установке в точке измерения, а также необходимость применения двухрядного зубчатого диска для генерирования сигнала в каждом датчике Холла.

Датчик Холла стержневого типа

Чувствительный элемент такого датчика Холла расположен непосредственно на полюсе постоянного магнита. При прохождении ферромагнитного элемента магнитный поток в датчике изменяется, а вместе с ним и выходное напряжение датчика.

Рис. 52 Варианты датчиков положения педали акселератора. а - датчик PWG3 положения педали акселератора, b -модуль FMP1 педали акселератора подвесного типа, с -модуль FMP1 педали акселератора вертикального типа. 1 - датчик, 2 - педаль акселератора, 3 - кронштейн педали.

Цифровые выходные сигналы

Цифровые выходные сигналы также могут быть получены в датчиках Холла.

Датчики положения педали акселератора

Применение

В современных системах электронного управления двигателей желания водителя (например, для ускорения или поддержания постоянной скорости движения) не передаются системе управления двигателя тросом Боудена или другой механической передачей. Вместо этого датчик положения педали акселератора (также называется датчиком хода педали PWG) регистрирует данное положение педали и передает эту информацию в ЭБУ.

Рис. 53 Характеристика датчика положения педали акселератора с дополнительным потенциометром. 1 - потенциометр 1 (главный потенциометр), 2 - потенциометр 2 (50% напряжения).

Устройство и работа

Сердцем датчика положения педали акселератора является потенциометр, напряжение на концах которого является функцией положения педали. Расчет положения педали в ЭБУ осуществляется с помощью запрограммированной в ЭБУ характеристики. Второй (резервный) датчик используется в диагностических целях и, в случае необходимости, для выполнения некоторых равнозначных функций. Существуют два варианта датчиков:

  1. Выключатель минимальной частоты вращения холостою хода и включения пониженной передачи при разгоне (kick-down). Даже при очень малых перемещениях педали акселератора выключатель минимальной частоты вращения холостого хода изменяет свое рабочее состояние от "сигнала минимальной частоты вращения холостого хода" до "сигнала полной нагрузки". В случае автомобилей с автоматической коробкой переключения передач используется второй выключатель, который может выдавать сигнал "kick-down".
  2. Второй потенциометр. На всех рабочих режимах второй, дополнительный, потенциометр используется, чтобы обеспечить половину напряжения первого потенциометра ("Сдвоенный фактор потенциометра 2") (Рис. 53).

Датчики педали акселератора устанавливаются или индивидуально (а на рис. 52), или как полный модуль (Ь и с на рис. 52), где никаких регулировок между установкой педали акселератора и датчиком не требуется.

Рис. 54 Схема массового расходомера воздуха HFM5 с пленочным термоанемометром. 1 - выводы электрического разъема, 2 - измерительный патрубок или корпус воздушного фильтра, 3 - вычислительный контур (гибридная схема), 4 - вход воздуха, 5 - чувствительный элемент датчика, 6 - выход воздуха, 7 - обводной канал, 8 - корпус датчика.

Массовый расходомер воздуха HFM5 с пленочным термоанемометром

Применение

Для обеспечения оптимального процесса сгорания, которое необходимо для выполнения норм выброса вредных веществ, определяемых законодательством, требуется точный массовый расход воздуха в зависимости от режима работы двигателя.

Особенно это касается легковых автомобилей, где требуется установка датчика, который может точно измерять величину массового расхода воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Такая высокая точность необходима для определения величины пульсаций и обратных токов воздуха, возникающих в результате открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Точность измерения не должна при этом зависеть от изменений температуры воздуха на впуске. Все эти условия выполняются массовым расходомером воздуха HFM5 с пленочным термоанемометром.

Устройство и конструкция

Измерительный патрубок вмонтирован в массовый расходомер воздуха HFM5 с пленочным термоанемометром (2 на рис. 54), который в зависимости от требуемого двигателем расхода воздуха имеет различные диаметры (диапазон расхода воздуха 370-970 кг/ч). Он устанавливается во впускном канале за воздушным фильтром. Возможен также вариант встроенного измерительного патрубка, который устанавливается внутри воздушного фильтра.

Воздух, входящий во впускной коллектор, обтекает чувствительный элемент датчика (5), который вместе с вычислительным контуром (3) является основным компонентом датчика HFM5.

Для нанесения компонентов чувствительного элемента на основание полупроводниковой печатной платы и компонентов вычислительного контура на керамическое основание применяется метод осаждения из паровой фазы. Эта технология позволяет получить очень компактную конструкцию датчика. Входящий воздух проходит через обводной канал (7) за чувствительным элементом датчика. Чувствительность датчика при наличии сильных пульсаций потока может быть улучшена применением соответствующей конструкции обводного канала, при этом определяются также и обратные токи воздуха. Датчик HFM5 соединяется с ЭБУ через выводы (1).

Рис. 55 Сигнал напряжения датчика HFM5 как функция массового расхода воздуха, обтекающего датчик.

Рис. 56 Принцип измерения массового расхода воздуха пленочным термоанемометром.
1 - профиль температуры при отсутствии потока воздуха, 2 - профиль температуры
при наличии потока воздуха, 3 - чувствительный элемент датчика, 4 - зона нагрева,
5 - диафрагма датчика, 6 - датчик HFM5 с измерительным патрубком, 7 - поток воздуха.
М1, М2 - точки измерения, Т1, Т2- значения температуры в точках измерения М1, и М2,
ДТ - перепад температур.

Принцип работы

Массовый расходомер воздуха HFM5 с пленочным термоанемометром является “тепловым датчиком”. Ниже дается описание принципа его работы.

Микромеханическая диафрагма датчика (5 на рис. 56) на чувствительном элементе (3) нагревается центральным нагревающим резистором. При этом имеет место резкое падение температуры на каждой стороне зоны нагрева (4).

Распределение температуры по диафрагме регистрируется двумя температурозависимыми резисторами, которые устанавливаются симметрично до и после нагревающего резистора (точки измерения М1 и М2). При отсутствии потока воздуха на впуске температурная характеристика 1 (рис. 56) одинакова на каждой стороне измерительной зоны (Т1 = Т2). Как только поток воздуха начинает обтекать чувствительный элемент датчика, распределение температуры по диафрагме меняется (характеристика 2).

На стороне входа воздуха температурная характеристика является более крутой, поскольку входящий воздух, обтекающий эту поверхность, охлаждает ее. Вначале на противоположной стороне (сторона, наиболее близко расположенная к двигателю) чувствительный элемент датчика охлаждается, но затем воздух, подогреваемый нагревательным элементом, нагревает его. Изменение в температурном распределении (дельта Т) приводит к перепаду температур между точками измерения М1 и М2.

Тепло рассеивается в воздухе и, следовательно, температурная характеристика чувствительного элемента датчика является функцией массового расхода воздуха. Разница температур, таким образом, есть мера массового расхода воздуха и при этом она не зависит от абсолютной температуры протекающего потока воздуха. Кроме этого, разница температур является направленной. Это означает что массовый расходомер не только регистрирует количество входящего воздуха, но также и его направление.

Благодаря очень тонкой микромеханической диафрагме датчик имеет очень высокую динамическую чувствительность (<15 мс), фактор исключительной важности, особенно если имеют место большие пульсации входящего воздуха.

Разница сопротивлений в точках измерения М1 и М2 преобразуется встроенным в датчик вычислительным (гибридной схемой) контуром в аналоговый сигнал напряжением 0-5 В. Такой уровень напряжения подходит для обработки сигналов в ЭБУ. Используя характеристику датчика (рис. 55), запрограммированную в ЭБУ, измеренное напряжение преобразуется в величину, представляющую массовый расход воздуха (кг/ч). Форма кривой характеристики является такой, что диагностические устройства, встроенные в ЭБУ, могут определять такие нарушения, как обрыв цепи.

В датчик HFM5 может также быть вмонтирован температурный датчик для выполнения вспомогательных функций. Он располагается в пластмассовом корпусе и не является обязательным для измерения массового расхода воздуха.



Лидеры продажи


 

Copyright 2006-2017 ООО "ФАРЛАМ" т.: +7 (495) 647-1400  Карта сайта

Информация на данном интернет-сайте носит исключительно информационный (ознакомительный) характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения исчерпывающей информации о стоимости и характеристиках товаров обращайтесь к менеджерам по продажам