Датчики положения и частоты вращения коленчатого вала

Датчики частоты вращения коленчатого вала, положения коленчатого вала и положения распределительного вала бывают двух типов:

Ø индуктивные

Ø датчики, использующие эффект Холла.

Ø оптические датчики

11.2.1.9 Индуктивные датчики

Эти датчики содержат постоянный магнит, сердечник, изготовленный из мягкой магнитной стали, и обмотку.

Торец датчика располагают около зубчатого венца маховика, специального зубчатого колеса или зубчатого колеса, закрепленного на шкиве коленчатого вала.

Иногда датчики могут находиться в распределителе высокого напряжения или могут быть выполнены в виде отдельного узла с приводом от распределительного вала.

1-сердечник из мягкой магнитной стали; 2 – обмотка; 3 - постоянный магнит; 4 - зубчатый венец; 5 - штифт отметки верхней точки

Рис.11.22 Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала

Принцип работы

При прохождении зуба (выступа) мимо датчика в обмотке последнего генерируется импульс ЭДС, который регистрируется электронным блоком управления.

11.2.1.10 Датчики, использующие эффект "Холла"

Эффект "Холла" проявляется в полупроводниковом материале, находящемся в магнитном поле, ориентированном под определенным углом к электрическому току, протекающему в этом полупроводнике.

Принцип работы

Ø При включенном зажигании электрическое напряжение низкого уровня генерируется в полупроводниковом материале (напряжение "Холла").

Ø Цилиндрический ротор с пазами закреплен на валу распределителя высокого напряжения таким образом, что частично находится в магнитном зазоре.

Ø Уменьшение магнитного потока элементами ротора снижает напряжение "Холла" практически до нуля.

Ø При перемещении выступа ротора в магнитном зазоре датчика, триггер "Холла" включается [1] и [2] и выключается, когда в зазоре находится паз ротора, [3] и [4].

1 – цилиндрический ротор; 2 – элемент "Холла"; 3 – вал распределителя высокого напряжения

Рис. 11.23 Датчик частоты вращения коленчатого вала, использующие эффект "Холла"

11.2.1.11 Оптические датчики

Система оптоэлектронного зажигания, разработанная и применяемая на многих машинах фирмы "Nissan", весьма надежная вещь даже после 5 - 10 лет эксплуатации Основу системы составляют: ротор-пластина, в которой существует несколько групп прорезей.

Первая группа - прорези в количестве 360 штук, показывающие каждый градус поворота пластины.

Вторая группа - одна прорезь, показывающая положение первого цилиндра.

Третья группа - три прорези в пластине, по которым блок управления получает информации о положении ВМТ каждого из цилиндров.

1- прорези, показывающие каждый градус поворота пластины; 2 - прорезь, показывающая положение первого цилиндра; 3 - прорези в пластине, по которым блок управления получает информации о положении ВМТ каждого из цилиндров

Рис. 11.24 Ротор-пластина оптического датчика

Луч света, испускаемый светодиодом и принимаемый фотодиодом время от времени перекрывается ротор – пластиной и фотодиод отправляет блоку управления информацию об этом в виде логической единицы или логического нуля.

Рис. 11.25 Конструкция оптического распределителя

Принцип действия

Основан на точном измерении при помощи фотодиодов угла поворота ротор - пластины, что позволяет бортовому компьютеру точно определять, как момент впрыска топлива в каждый цилиндр, так и момент подачи искры для каждого цилиндра на основании заложенных в его программы алгоритмов.

Импульсы, подаваемые на электронный блок управления, несколько отличаются от приведенных выше для других систем зажига­ния и имеют вид, представленный на рисунке.

Рис. 11.26 Примеры импульсов оптического датчика

Также следует отметить, что выходной транзистор коммутатора располагается, как правило, около катушки зажигания, Так как он имеет встроенный диод в цепи коллектор – эмиттер.

11.2.1.12 Датчики положения дроссельной заслонки

Типы датчиков:

Ø контактный

Ø потенциометрический

11.2.1.13 Контактный датчик положения дроссельной заслонки

Датчик положения дроссельной заслонки расположен на корпусе дроссельной заслонки и соединен с осью дроссельной заслонки. Он содержит выключатель положения дроссельной заслонки соответствующего холостому ходу и выключатель открытого положения.

Принцип работы

Выключатель холостого хода управляет отключением топливоподачи в режиме торможения двигателем, а выключатель полностью открытого положения "сообщает" электронному блоку управления о необходимости обогащения топливовоздушной смеси при полной нагрузке.

1 – выключатель полностью открытого положения дроссельной заслонки; 2 – ось дроссельной заслонки; 3 – выключатель положения холостого хода

Рис. 11.27 Контактный датчик положения дроссельной заслонки

11.2.1.14 Потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки

Вместо выключателей дроссельной заслонки может использоваться датчик положения дроссельной заслонки, который представляет собой переменное сопротивление (потенциометр) соединенный с осью дроссельной заслонки.

В системах центрального впрыска этот тип датчика может использоваться для опосредованного определения нагрузки двигателя, что исключает необходимость применения датчика абсолютного давления во впускном коллекторе.

Принцип работы

На датчик подается напряжение определенной величины, а его выходной сигнал используется электронным блоком управления для определения точного положения дроссельной заслонки.

1 – ось дроссельной заслонки; 2 – лапка скользящего контакта; 3 – резистивный слой

Рис. 11.28 - Потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки

Датчик детонации

Представляет собой пьезоэлемент, установленный в жестком корпусе, частота собственных колебаний которого равна частоте колебаний при возникновении детонационного сгорания. В этот период пьезоэлемент вырабатывает максимум напряжения, так как испытывает максимальные нагрузки.

Если двигатель имеет широкий диапазон детонационных частот, то применяются незначительно отличающиеся датчики нерезонансного типа.

1 - пластина; 2 - пьезоэлемент

Рис. 11.29 Конструкция (поперечное сечение) датчика детонации

При возникновении детонации частота колебании блока цилиндров совпадает с собственной частотой пьезоэлемента, на обкладках которого при резонансе появляется напряжение. На рисунке 2.30 показана характеристика датчика детонации.

Рис. 11.30 - Характеристика датчика детонации

В двигателях с широкой полосой частот детонационных колебаний могут использоваться датчики детонации нерезонансного типа.

Контроль детонации

Контроль детонации сводится к управлению, обеспечивающему угол опережения зажигания, очень близкий к предельному, за которым происходит детонация. При этом повышается КПД двигателя, его мощность и экономичность, а также появляется возможность применения топлива с различным октановым числом.

Способ управления состоит в том, что установленный на блоке цилиндров датчик детонации распознает колебания, возникающие при детонации, и посылает соответствующие сигналы на вход ЭБУ. В ЭБУ после их обработки в зависимости от степени детонации вырабатываются команды на изменение угла опережения зажигания.

Схема фильтра

При детонации в специфическом спектре частот появляется составляющая с необычно высокой амплитудой. Выделяя эту частотную область с помощью полосового фильтра, можно получить сигнал для распознавания детонации. На рисунке 11.31 показан пример выходного сигнала датчика детонации

Рис. 11.31 Характеристика датчика детонации (при постоянной частоте вращения двигателя).