Устройство индуктивных датчиков

Индуктивный датчик - это преобразователь параметрического типа, принцип действия которого основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником, вследствие изменения магнитного сопротивления RМ магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник.

Широкое применение индуктивные датчики находят в промышленности для измерения перемещений и покрывают диапазон от 1 мкм до 20 мм. Также можно использовать индуктивный датчик для измерения давлений, сил, уровней расхода газа и жидкости и т. д. В этом случае измеряемый параметр с помощью различных чувствительных элементов преобразуется в изменение перемещения и затем эта величина подводится к индуктивному измерительному преобразователю.

В случае измерения давлений, чувствительные элементы могут выполняться в виде упругих мембран, сильфонов, и т. д. Используются они и в качестве датчиков приближения, которые служат для обнаружения различных металлических и неметаллических объектов бесконтактным способом по принципу “да” или “нет”.

Достоинства индуктивных датчиков:

-простота и прочность конструкции, отсутствие скользящих контактов;

-возможность подключения к источникам промышленной частоты;

-относительно большая выходная мощность (до десятков Ватт);

-значительная чувствительность.

-Недостатки индуктивных датчиков:

-точность работы зависит от стабильности питающего напряжения по частоте;

-возможна работа только на переменном токе.

Рассмотрим, например, одинарный индуктивный датчик. В основу его работы положено свойство дросселя с воздушным зазором изменять свою индуктивность при изменении величены воздушного зазора.

Зубья колеса создают возмущение в магнитном поле постоянного магнита, в результате чего в катушке возникает ЭДС, этот сигнал оцифровывается и поступает в блок ЭБУ.

2. Назначение, устройство конструкции и принцип действия датчиков массового расхода топлива.

Датчик массового расхода воздуха.

Расположен между воздушным фильтром и впускным шлангом. Он состоит из двух датчиков (рабочего и контрольного) и один из датчиков, а электронный модуль преобразует разность температур датчиков в выходной сигнал для контроллера. В разных вариантах систем впрыска применяются датчики двух типов - с частотным или амплитудным выходным сигналом. В первом случае в зависимости от расхода воздуха меняется частота, во втором случае - напряжение. При выходе из строя датчика массового расхода воздуха его функции берет на себя ДПДЗ. (Датчик положения дроссельной заслонки)

В зависимости от расхода воздуха напряжение выходного сигнала датчика изменяется от 1,0 до 5,0 В. При выходе из строя датчика или его цепей контроллер рассчитывает значение массового расхода воздуха по частоте вращения коленчатого вала и положению дроссельной заслонки. ДМРВ имеет встроенный датчик температуры воздуха (ДТВ), чувствительным элементом которого является термистор, установленный в потоке воздуха. Выходной сигнал датчика изменяется в диапазоне от 0 до 5,0 В в зависимости от температуры воздуха, проходящего через датчик. При возникновении неисправности цепи ДТВ контроллер включает сигнализатор неисправности и заменяет показания датчика фиксированным значением температуры воздуха (33 °С).

Механический расходомер воздуха (Трубка Вентури).

Принцип работы механического расходомера основан на том, что поступающий воздушный поток отклоняет напорную измерительную заслонку расходомера воздуха, преодолевая усилие возвратной пружины, на определенный угол, который преобразуется в электрическое НАПРЯЖЕНИЕ посредством потенциометра.

Термоанемометрический расходомер воздуха (Hot Wire MAF Sensor).

В некоторых впрысках Bosch, например "Motronic M2.5, М2,7" применяется термоанемометрический измеритель расхода воздуха (греч. анемос — ветер). Принцип его действия — тепловая энергия, необходимая в единицу времени для поддержания постоянного перепада температур между нагреваемым элементом и обтекающим его воздухом, пропорциональна массовому расходу воздуха проходящего через заданное сечение потока. Измерительный теплообменный элемент представляет собой платиновую проволоку диаметром 0,07 мм (допустимое отклонение в несколько мкм), размещенную в середине цилиндрического воздушного канала. На входе и выходе канала устанавливаются специальные направляющие для получения параллельных струй воздуха. Перед входом установлена защитная решетка. Постоянный перепад температур примерно равен 150-180°С, ток изменяется от 500 до 1500мА Величина тока нагрева требуемого для сохранения постоянного температурного перепада между воздухом и проводником, является мерой массы воздуха, поступающего в двигатель. Этот ток преобразуется в импульсы напряжения, которые обрабатываются блоком электронного управления как основной входной параметр наравне с частотой вращения коленчатого вала двигателя. Диапазон измерения расхода воздуха составляет от 9 до 360 кг/ч. Так как, плотность горячего и холодного воздуха различна, как правило в конструкцию расходомера вводят дополнительный датчик температуры впускного воздуха, по показаниям которого ЭБУ двигателя корректирует расчеты объема входящего воздуха.

Поколение датчиков HFM2 и HFM5.

Сигнал ДМРВ представляет собой постоянное напряжение, величина которого зависит от количества и направления движения воздуха, проходящего через датчик. При прямом потоке воздуха напряжение выходного сигнала датчика изменяется в диапазоне 1...5 В. При обратном потоке воздуха напряжение изменяется в диапазоне 0...1 В.

Функционирование датчика происходит следующим образом.

В потоке поступающего воздуха находится электрически нагреваемое тело (чувствительный элемент), которое охлаждается воздушным потоком. Схема регулирования нагревательного тока поддерживает постоянную разность температуры, и ток нагрева пропорционален массе воздушного потока. При данном методе измерения производится учет плотности воздуха, так как она также определяет величину теплоотдачи от тела к воздуху. Нагревательным элементом является пленочный платиновый резистор, который находится вместе с другими элементами на керамической пластине. Измерительный резистор (сопротивление которого пропорционально расходу воздуха) находится в непосредственном тепловом контакте как с нагревателем, так и с поступающим воздушным потоком и включен в измерительный мост. Благодаря разделению измерителя и нагревателя обеспечивается большая точность измерения. Напряжение на нагреваемом измерительном резисторе является мерой для массы воздушного потока. Далее это напряжение преобразуется (усиливается) электронной схемой, чтобы контроллер мог измерить его величину, т.е. происходит согласование уровней.

3. Назначение, устройство конструкции и принцип действия датчиков кислорода.

В современном автомобиле лямбда-зонд и катализатор - "неразлучная парочка". "Умерший" лямбда-зонд вынуждает работать не по "правилам" катализатор и автомобиль становится не только экологически "грязным" но и не в меру "прожорливым".

Сначала коротко о самом названии зонда. Лямбда-зонд, λ - зонд, датчик О2, датчик концентрации кислорода, датчик кислорода, lambda-sensor - эти все названия в различных источниках информации об одном и том же - предмете нашего разговора. В мировой практике для оценки состава топливо - воздушной смеси используют коэффициент (обозначается буквой греческого алфавита ? (ламбда), равный отношению количества воздуха поступившего в цилиндры к количеству теоретически необходимого воздуха для полного сгорания поступившего туда топлива. Если λ =1 то смесь принято называть стехиометрической и на одну часть топлива (по массе) для его полного сгорания должно приходиться 14,7 частей воздуха (также по массе). Полное сгорание топлива позволяет получить необходимую топливную экономичность двигателя, а каталитический нейтрализатор отработавших газов может максимально эффективно обезвредить наиболее вредные компоненты выхлопных газов (СО,СН,NОx). Если λ <1 - недостаток кислорода, смесь будет "богатой", если λ >1 - избыток кислорода, смесь будет "бедной". Из всей этой теории для дальнейшего понимания излагаемых вопросов нужно запомнить два момента - лямбда-зонд выдает максимальный выходной сигнал когда смесь "богатая" и минимальный когда смесь "бедная". Контроллер управления двигателем, получая эту информацию, корректирует время впрыска топлива форсунками для поддержания состава смеси близким к стехиометрическому.

По принципу действия лямбда-зонды (в дальнейшем по тексту - датчики) бывают двух типов. Первый тип (имеющий наибольшее распространение) имеет чувствительный элемент из керамики на основе диоксида циркония. По сути это твердоэлектролитный источник напряжения, который в зависимости от соотношения кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе создает разность потенциалов между двух платиновых электродов, напыленных на его внутреннюю и внешнюю поверхности. Второй тип - резистивный, где чувствительный элемент из оксида титана. По сути это полупроводниковый элемент, который изменяет свою проводимость в зависимости от количества кислорода в отработавших газах.

4. Преимущества электронных систем впрыска по сравнению с карбюраторной подачей топлива.

В общем, инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

-Точное дозирование топлива и, следовательно, более экономичный его расход. Дозирование топлива осуществляется довольно просто. Форсунки впрыскивают топливо каждый раз перед открытием впускного клапана. Причем столько, сколько решил дать блок управления, соответственно возникает импульс разной длины. Чем длиннее импульс, тем больше бензина за раз попадет. Снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов.

-Увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%. Происходит за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной геометрии впускного коллектора, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.

-Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки. Улучшенные параметры топливно-воздушной смеси увеличивают динамический момент двигателя.

-Легкость пуска независимо от погодных условий. Например, в сильные морозы двигатель практически не требует прогрева и запускается "с пол-оборота", так что почти сразу можно ехать. За счет качества приготовления смеси и стабильность её состава реже, чем карбюратор требует чистки и замены. Контроль за системой производит электроника. Наличие электроники в инжекторе и вовсе может рассматриваться и как преимущество и как недостаток. Ведь электроника может выйти из строя в самый неподходящий момент, например, в дальней дороге. И если нет запасного блока, то придется вызывать помощь. А с карбюратором, кроме засорения жиклёров — устройств, распрыскивающих топливо в воздух, практически ничего не может случиться, и вы в любом случае доберетесь до пункта назначения или хотя бы до ближайшего сервиса.

-Большая надежность и долговечность и т.д.

-Инжекторная система по устройству и обслуживанию гораздо сложнее карбюраторной, и поэтому ремонт тоже сложнее и дороже.

5. Развитие и классификация систем электронного впрыска топлива бензинового ДВС.

Развитие СВТ:

Системы непрерывного впрыска:

-Bosch K-Jetronic

-Bosch KE-Jetronic

Многоточечные системы дискретного синхронного впрыска:

-Bosch L- и LE-Jetronic

-Bosch LU-Jetronic

-Bosch LH-Jetronic

-Интегрированная система Bosch Motronic

Многоточечные системы дискретного группового впрыска:

-Bosch Motronic M1.1/1.3

Многопозиционные системы дискретного синфазного впрыска:

-Bosch Motronic M3.1

Одноточечные системы дискретного впрыска:

-SPI Marlli/Weber

Классификация СВТ:

Понятия распределенный, многоточечный и многопозиционный впрыск иногда трактуются как синонимы, что неверно. На самом деле, чтобы не путать с непрерывным впрыском, дискретный синхронный, а затем и групповой впрыск назвали многоточечным. По этой же причине, чтобы избежать дальнейшей путаницы, синфазный впрыск стал именоваться многопозиционным (multipoint). Синхронный впрыск - это одновременный впрыск всех форсунок независимо от фазы цилиндров двигателя. Как правило, синхронный впрыск осуществляется 2 раза за один рабочий цикл. При групповом впрыске синхронно работают форсунки 1-3 (1-3-5) и 2-4 (2-4-6) цилиндров 4-х (6-ти) цилиндрового двигателя, впрыскивая 1 раз за рабочий цикл; иногда реализуют 1-4, 2-3 (1-2-4, 3-5-6). При синфазном впрыске каждая форсунка работает самостоятельно в фазе со своим цилиндром.

6. Конструктивные особенности ДВС по экологическому классу ЕВРО- 1.2….4 и 5*.

Европейские экологические стандарты (нормы "Евро") регламентируют содержание в выхлопе автомобилей углеводородов, оксидов азота, угарного газа и твердых частиц. Содержание в выхлопе углекислого газа не оговаривается, однако Еврокомиссия предлагает ввести с 2012 года норму в 120 г/км. Различаются нормы для дизельных и бензиновых моторов, а также для легковых, легких коммерческих автомобилей разной массы, грузовиков и автобусов.

Стандарт "Евро–1" предусматривает выброс бензиновым двигателем оксида углерода (СО) не более 2,72 г/км, углеводородов (СН) – не более 0,72 г/км, оксидов азота (NO) – не более 0,27 г/км. "Евро–1" действовал в Европе с 1992 года, а в 1995 году его сменил более жесткий – "Евро–2".

В стандарте "Евро–2" были ужесточены почти в 3 раза нормы по содержанию в выхлопе углеводородов, они стали равны 0,29 г/км. Экологический стандарт "Евро–2" был принят правительством России осенью 2005 года.

Стандарт "Евро–3" – это снижение уровня выбросов по сравнению с "Евро–2" на 30–40 %. В "Евро–3" предусматривается максимальный выброс СО в количестве 0,64 г на километр пробега для легковых автомобилей.

По данным специалистов, "Евро–3" позволяет снизить уровень "грязных" выбросов по сравнению с "Евро–2" на 20 %. Стандарт "Евро–3" был введен в Евросоюзе в 1999 году, в России – с 1 января 2008 года.

Стандарт "Евро–4" жестче уровня "Евро–3" на 65 – 70%. Он был введен в Евросоюзе в 2005 году. Стандарт "Евро–4" позволяет снизить выброс в атмосферу вредных веществ на 40 % по сравнению со стандартом "Евро–3".

Стандарт "Евро–4" предусматривает снижение выбросов СО по сравнению с "Евро–3" в 2,3 раза, а углеводородов – в 2 раза.

"Евро–4" уменьшает содержание окиси азота в выхлопе на 30%, а твердых частиц – на 80%, содержание серы на 0,005%, ароматических углеводородов на 35%, бензола на 1%.

Власти РФ намерены ввести этот стандарт начиная с 2010 года.

Стандарт "Евро–5" предусматривает для бензиновых двигателей снижение окисей азота и углеводородов на 25%, а для дизельных – снижение на 80% выбросов сажи и на 20% - окисей азота.

"Евро–5" также предусматривает сокращение выброса твердых частиц в выхлопных газах с нынешних 25мг/км ("Евро–4") до 5 мг/км. Это касается прежде всего дизелей. Содержание угарного газа в выхлопе дизелей должно сократиться на 20%, а у бензиновых двигателей – на 25%. Кроме того, уменьшены сроки эксплуатации катализаторов и установлены сроки эксплуатации для сажевых фильтров.

Стандарт "Евро–5" был введен в 27 странах ЕС 1 cентября 2009 года.

Для достижения норм применяются каталитические нейтрализаторы, система впрыска топлива, система рециркуляции отработанных газом, система непосредственного впрыска топлива.

7. Особенности системы управления работой ДВС «К- Jetronic».

Bosch K-Jetronic - механическая СВТ (рис.3.1а). К - kontiniuerlich (нем.) - непрерывный.

Главным узлом устройства управления является дозатор-распределитель топлива (ДРТ). Топливо под действием давления (0,47 МПа) попадает в нижние камеры дифференциальных клапанов 1f и под управляющую кромку 1c плунжера 1d. Всасываемый воздух поднимает на некоторую величину напорный диск 15, который в свою очередь поднимает плунжер, управляющая кромка которого открывает дозировочные каналы (по числу цилиндров), в силу чего в верхние камеры 1е поступает количество топлива пропорционально воздуху. Давление топлива в верхних камерах совместно с пружинами приоткрывает дифференциальные клапаны, и топливо поступает к форсункам. При достижении давления в форсунках около 0,3 МПа они открываются и непрерывно распыляют топливо перед впускными клапанами.

На динамических (переходных) режимах (см. табл. 3.1) доза топлива корректируется. Так,

Рис Схема системы впрыска K-Jetronic [3]:

1- винт регулировки состава смеси; 1b- дозатор-распределитель топлива; 1с - управляющий плунжер; 1d - управляющая кромка плунжера; 1е - верхняя камера дифференциального клапана; 1f - нижняя камера дифференциального клапана; 2 - топливный бак; 3 - топливный насос; 4 - аккумулятор давления; 5 - топливный фильтр; 6 - регулятор давления топлива; 7 - форсунка; 8 - клапан добавочного воздуха; 9 - пусковая форсунка; 9а - винт регулировки холостого хода; 9b - дроссельная заслонка; 10 - реле топливного насоса; 11 - датчик частоты вращения и положения коленчатого вала в распределителе зажигания; 12 - регулятор управляющего давления; 13 - аккумуляторная батарея; 14 - термотаймер; 15 - измеритель расхода воздуха.

Обогащение смеси при холодном пуске достигается включением пусковой форсунки 9. Время включения определяется термотаймером 14 в зависимости от температуры двигателя, но не более 8 с, чтобы не "залить" цилиндры бензином.

В начале прогрева плунжер находится максимально вверху, т.к. противодавление топлива (сверху на плунжер) минимально. С прогревом противодавление под действием регулятора управляющего давления (РУД) 12 постепенно увеличивается, плунжер снижается, сечение дозировочных каналов, а значит и доза топлива, уменьшаются.

При ускорении двигателя водитель открывает дроссельную заслонку, соединяя впускной тракт с атмосферой. Давление (разрежение) во впускном тракте падает с минус 0,06...0,07 МПа до нуля. Противодавление РУД снижается, плунжер уходит вверх, и смесь обогащается на величину, обеспечивающую уверенное ускорение. При резком ускорении, кроме того, плунжер под действием напорного диска "подпрыгивает" вверх, что обеспечивает дополнительное обогащение смеси.

С ростом скорости автомобиля и частоты вращения коленчатого вала разрежение растет, противодавление увеличивается, плунжер снижается, и доза топлива уменьшается до экономичной, что обеспечивает нормальное движение автомобиля на частичной нагрузке (постоянной крейсерской скорости). Кроме того, обеднение смеси обеспечивается замедлением скорости подъема напорного диска (относительным снижением) в силу пологости стенок шахты, в которой он перемещается.

При полном газе напорный диск попадает в область почти вертикальных стенок, что дает обогащение смеси.

На холостом ходу, когда потребление воздуха минимально, напорный диск снижается в то место, где стенки шахты практически вертикальны. Это обеспечивает относительно высокий подъем напорного диска и плунжера сравнительно с количеством всасываемого воздуха, что дает обогащение, необходимое для устойчивого и комфортного вращения двигателя.

8. Особенности цифровой системы управления работой ДВС «Motronic-3.1» и выше.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: