21-40

21.Информационно-измерительная система автомобиля

Информационно-измерительная система для автомобилей, содержащая датчики расхода топлива и скорости движения, вычислительное и отсчетное устройства, отличающаяся тем, что в систему дополнительно включены задатчик временного интервала, устройство усреднения сигнала, датчик вращающего момента на валу двигателя и угла между направлением движения автомобиля и горизонтальной плоскостью, при этом выходы датчиков вращающего момента, скорости движения и угла между направлением движения автомобиля и горизонтальной плоскостью подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блоков вычисления массы автомобиля и КПД вычислительного устройства, к четвертым выходам блока вычисления КПД и блока вычисления массы автомобиля подключены соответственно выход датчика расхода топлива и выход задатчика временного интервала, выход блока вычисления массы автомобиля через ключ подключен к пятому входу блока вычисления КПД, а выход последнего подключен к устройству усреднения сигнала.

22.Электронная система управления двигателем

Системой управления двигателем называется электронная система управления, которая обеспечивает работу двух и более систем двигателя. Система является одним из основных электронных компонентов электрооборудования автомобиля. Современная система управления двигателем объединяет значительно больше систем и устройств. Помимо традиционных систем впрыска и зажигания под управлением электронной системы находятся: топливная система, система впуска, выпускная система,система охлаждения, система рециркуляции отработавших газов,система улавливания паров бензина, вакуумный усилитель тормозов.

Система управления двигателем включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства систем двигателя.

Входные датчики измеряют конкретные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Информация, получаемая от датчиков, является основой управления двигателем. Количество и номенклатура датчиков определяется вилом и

модификацией системы управления. Например, в системе управления двигателем Motronic-MED применяются следующие входные датчики: давления топлива в контуре низкого давления, давления топлива, частоты вращения коленчатого вала,Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха (при наличии), детонации, температуры охлаждающей жидкости, температуры масла, температуры воздуха на впуске, положения дроссельной заслонки, давления во впускном коллекторе, кислородные датчики и др.

Каждый из датчиков используется в интересах одной или нескольких систем двигателя.

Электронный блок управления двигателем принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства систем двигателя. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробкой передач, системой ABS (ESP), электроусилителя руля,подушками безопасности и др.

Исполнительные устройства входят в состав конкретных систем двигателя и обеспечивают их работу. Исполнительными устройствами топливной системы являются электрический топливный насос и перепускной клапан. В системе впрыска управляемыми элементами являются форсунки и клапан регулирования давления. Работа системы впуска управляется с помощью привода дроссельной заслонки и привода впускных заслонок.

Катушки зажигания являются исполнительными устройствами системы зажигания. Система охлаждения современного автомобиля также имеет ряд компонентов, управляемых электроникой:термостат (на некоторых моделях двигателей), реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятора радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

В выпускной системе осуществляется принудительный подогрев кислородных датчиков и датчика оксидов азота, необходимый для их эффективной работы. Исполнительными устройствами системы рециркуляции отработавших газов являются электромагнитный клапан управления подачей вторичного воздуха, а также электродвигатель насоса вторичного воздуха. Управление системой улавливания паров бензина производится с помощью электромагнитного клапан продувки адсорбера.

Принцип работы системы управления двигателем основан на комплексном управлении величиной крутящего момента двигателя. Другими словами, система управления двигателем приводит величину крутящего момента в соответствия с конкретным режимом работы двигателя. Система различает следующие режимы работы двигателя:

запуск;

прогрев;

холостой ход;

движение;

переключение передач;

торможение;

работа системы кондиционирования.

Изменение величины крутящего момента производиться двумя способами - путем регулирования наполнения цилиндров воздухом и регулированием угла опережения зажигания.

23.Датчики детонации

Датчик детонации служит для контроля степени детонации при работе бензинового двигателя внутреннего сгорания. Датчик устанавливается на блоке цилиндров двигателя. Он является важным компонентом системы управления двигателем, т.к. позволяет реализовать максимальную мощность двигателя и

обеспечить топливную экономичность.

Под степенью детонации понимается часть топливновоздушной смеси, сгорающая с детонацией. Детонация или правильно детонационное сгорание возникает, когда удаленная от свечи зажигания часть топливно-воздушной смеси вследствие поджатия фронтом пламени нагревается и самовоспламеняется с образованием взрыва. Детонация сопровождается

акустическими признаками – металлическим стуком в кривошипно-шатунном механизме.

Причинами детонации являются:

химический состав топлива (октановое число);

конструктивные особенности двигателя (степень сжатия, расположение свечей зажигания, форма камеры сгорания и др.);

условия эксплуатации (состав топливно-воздушной смеси, угол опережения зажигания, нагрузка на двигатель, нагар на деталях камеры сгорания и др.).

Последствием детонационного сгорания выступает повышенная теплоотдача элементов кривошипно-шатунного механизма, сопровождающаяся повышенным износом, поломками и разрушением.

Принцип действия датчика детонации основан на пьезоэффекте. В конструкцию датчика включена пьезоэлектрическая пластина, в которой при возникновении детонации на концах возникает напряжение. Чем больше амплитуда и частота колебаний, тем выше напряжение. Когда напряжение на выходе датчика превышает заданный уровень, соотвествующий определенной степени детонации, электронный блок управления корректирует характеристику работы системы зажигания в сторону уменьшения угла опережения зажигания. Таким образом, достигается оптимальная характеристика работы системы для конкретных условий эксплуатации.

При неисправности датчика детонации (отсутствии сигнала) на панели приборов загорается соответствующая сигнальная лампа, двигатель при этом продолжает работать.

24.Датчики кислорода

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик кислорода (например: в выпускном коллекторе двигателя или дымоходе отопительного котла). Позволяет

оценивать количество оставшегося несгоревшего топлива или кислорода в выхлопных газах.

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх неё напылены токопроводящие пористые электроды из платины, одновременно являющейся катализатором окислительно-восстановительных реакций. Один из электродов омывается горячими выхлопными газами, а второй — воздухом из атмосферы (предположительно, трубок подвода воздуха к обратной стороне реальных датчиков не обнаружено, окислителем в топливной ячейке может являтся сам оксид циркония или другая добавка, расходующийся при работе и ограничивающий срок службы датчика). Эффективное измерение состава отработавших газов лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до определенной температуры (для автомобильных двигателей 300—400 °C). Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а гальваническая ячейка начинает работать. Наличие в выхлопных газах не окисленного топлива ведет к появлению на электродах гальванической ячейки выходного напряжения. Широко распостранённое заблуждение, отразившееся в русско-язычном названии — «датчик кислорода». На деле лямбда-зонд вышеописанного типа является датчиком не сгоревшего топлива — при наличии в окружающих газах одновременно и топлива и кислорода в стехиометрической пропорции (например при отсутствии горения в ДВС или просто погружение подогретого датчика в несгоревшую стехиометрическую газовоздушную смесь) — вырабатывается напряжение, трактующееся как «избыток топлива» контроллером управления ДВС. При отсутствии не сгоревшего топлива с внутренней стороны датчика — даже при погружении в чистый кислород — ячейка не вырабатывает ЭДС, выходная разность потенциалов равна нулю. Если на внутреннем платиновом электроде присутствует несгоревшее топливо, то появляется разность потенциалов 0.5-1.0 Вольта. При достижении стехиометрического состава горючей смеси, концентрация не сгоревшего топлива в выхлопных газах значительно падает, что сопровождается скачкообразным изменением э.д.с. датчика, которая фиксируется высокоомным входом измерительного устройства (бортового компьютера автомобиля).

Первые «лямбда-зонды» были резистивными, то есть изменяли свое сопротивление. Современные датчики работают как пороговые элементы.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения топливной смеси. В

стехиометрии — λ = (реальное к-во воздуха) / (необходимое к-во воздуха).

λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;

λ>1 — бедная смесь;

λ<1 — богатая смесь (избыток бензина, воздуха не хватает для полного сгорания).

Поскольку некоторое количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН на катализаторе, для более точного регулирования используют второй датчик, расположенный за катализатором.

Широкополосный лямбда-зонд - Разновидность кислородного датчика.

Основная разница зонда с широким диапазоном измерения (например LSU 4 от Bosch) по отношению к обычным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. Ячейки разделены диффузионным зазором шириной от 0,01 до 0,05 мм. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая и напряжение лежит выше 450 милливольт, ток меняет свое направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов. Датчик типа LSU при погружении в несгоревшую смесь, содержащую одновременно и топливо и кислород, будет указывать «избыток воздуха», в отличие от порогового, сигнал которого надо интерпретировать «избыток топлива».

При отказе датчика система переходит в аварийный режим без коррекции содержания воздуха в смеси.

Одной из основных причин отказа датчика в автомобиле (в России) являлось его «отравление» тетраэтилсвинцом. По мере перехода на качественный неэтилированный бензин эта проблема уходит в прошлое. Производитель заявляет больший срок службы широкодиапазонных датчиков в сравнении с

пороговыми как в нормальных условиях, так и в условиях отравления свинцом. Однако длительная работа на богатых смесях с выделением сажи, длительное отсутствие управляющих сигналов на датчике — запрещены при эксплуатации, резко снижают срок службы широкодиапазонного датчика. Выходной сигнал широкодиапазонного датчика зависит от его контроллера управления, может быть токовым или потенциальным. Например, выходной ток контроллера широкополосного датчика Ipn и соответствующие значения λ[1]:

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — устройство,

предназначенное для оценки количества воздуха, поступающего в двигатель автомобиля. Является одним из датчиков электронных систем управления двигателем автомобиля с впрыском топлива. Датчик массового расхода воздуха может применяться совместно с датчиками температуры воздуха и атмосферного давления, которые корректируют его показания.

Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока, проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить, вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.

На основании информации, получаемой с датчика, электронный блок управления (ЭБУ) вычисляет необходимый объем топлива, чтобы поддерживать стехиометрическое соотношение топлива и воздуха для заданных режимов работы двигателя. Также информация с ДМРВ

используется ЭБУ для расчета режимной точки двигателя. ЭБУ, учитывая значения массового расхода воздуха (для расчетов он переводится в параметр «Цикловой расход воздуха», либо «Нагрузка на двигатель» в самых современных ЭБУ), температуру двигателя и его обороты, может вычислить нагрузку на двигатель и исходя из этой информации может управлять не только количеством подаваемого в двигатель топлива, но и углом опережения зажигания, таким образом управляя крутящим моментом двигателя.

26.Датчики температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости предназначен для измерения температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя. Датчик включен в систему управления двигателем.

Информация от датчика используется системой управления для корректировки основных параметров работы двигателя в зависимости от теплового состояния:

частоты вращения коленчатого вала;

качественного состава топливно-воздушной смеси;

угла опережения зажигания.

Таким образом, работа датчика температуры охлаждающей жидкости обеспечивает быстрый прогрев двигателя при запуске и поддержание оптимальной его температуры на всех режимах.

В недалеком прошлом датчик температуры охлаждающей жидкости на двигателе внутреннего сгорания был представлен термореле, например, в системе впрыска K-Jetronic.

Применение данного устройства обеспечивало только два режима работы:

1.прогрев двигателя при запуске за счет обогащения топливно-воздушной смеси (при открытом контакте термореле);

2.поддержание номинальной температуры (при закрытом контакте термореле).

Внастоящее время датчик температуры охлаждающей жидкости является элементом электронного управления системы охлаждения, с помощью которого осуществляется непрерывный контроль и регулирование температурного режима двигателя. В качестве датчика применяется термистор – резистор, изменяющий сопротивление в зависимости от температуры.

Термистор изготавливается из полупроводниковых материалов (оксид никеля, оксид кобальта), которые характеризуются ростом свободных электронов при увеличении температуры и соответственно уменьшением сопротивления. Термистор помещается в защитный теплопроводный корпус, на котором выполнена крепежная резьба и электрический разъем для соединения.

Термистор имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. его сопротивление уменьшается с ростом температуры. Когда двигатель холодный

сопротивление датчика максимально. На датчик подается напряжение порядка 5В, которое уменьшается с изменением сопротивления датчика. По падению напряжения на датчике блок управления двигателем рассчитывает температуру охлаждающей жидкости.

Датчик температуры охлаждающей жидкости ввернут в выпускной патрубок головки блока цилиндров. Новые возможности температурного регулирования открываются с применением двух датчиков температуры охлаждающей жидкости. Один из датчиков устанавливается на выходе из двигателя, другой – на выходе из радиатора.

Необходимая температура охлаждающей жидкости определяется в зависимости от нагрузки двигателя (массе засасываемого воздуха) и частоте вращения коленчатого вала двигателя. По показаниям датчиков определяется характер работы вентилятора, степень открытия термостата, включение реле дополнительного насоса охлаждения в системе рециркуляции отработавших газов, реле охлаждения двигателя после остановки.

27. Датчик положения коленвала

Датчик частоты вращения коленчатого вала предназначен для синхронизации управления системой впрыска и системой зажигания, поэтому другое название датчика – датчик синхронизации. В некоторых источниках информации датчик носит название - датчик начала отсчета. Сигналы от датчика используются системой управления двигателем для установления:

момента впрыска топлива;

количества впрыскиваемого топлива;

момента зажигания (бензиновые двигатели);

угла поворота распределительного вала при работе системы изменения фаз газораспределения;

времени включения клапана адсорбера при работе системы улавливания паров бензина.

Наибольшее распространение получил датчик частоты вращения коленчатого вала индуктивного типа. В некоторых системах управления двигателем устанавливается датчик синхронизации, построенный

на эффекте Холла.

Индуктивный датчик представляет собой магнитный сердечник с расположенной вокруг него обмоткой. Принцип работы датчика заключается в наведении электродвижущей силы в обмотке при взаимодействии магнитного поля датчика с металлическим задающим диском (диском синхронизации).

Задающий диск имеет по окружности 58 зубьев с пропуском на два зуба, т.н. диск типа 60-2. На отдельных дизельных двигателях для ускорения

определения положения коленчатого вала и, соответственно, облегчения запуска устанавливается задающий диск типа 60-2-2 (с двумя пропусками через

180°).

При вращении коленчатого вала впадины зубьев задающего диска изменяют магнитный поток, вследствие чего в обмотке датчика формируется электрический импульс.

Датчик синхронизации позволяет определять два параметра:

1.частоту вращения коленчатого вала;

2.точное положение коленчатого вала.

Число оборотов коленчатого вала определяется по количеству зубьев, проходящих через датчик в единицу времени. Пропуск зубьев служит в качестве исходной точки для определения положения коленчатого вала. Он соответствует, как правило, нахождению поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке.

Датчик частоты вращения коленчатого вала, построенный на эффекте Холла, взаимодействует с задающим диском несколько иной конструкции. Диск выполнен в виде металлических сегментов, разделенных металлическими вставками. Сегменты представляют собой постоянные магниты с чередующими северными и южными полюсами. В качестве начала отсчета используется сегмент большей ширины. Таким образом, получился задающий диск типа 60-2.

При неисправности датчика частоты вращения коленчатого вала (отсутствии сигнала) двигатель останавливается и повторно не запускается.

28.Датчик скорости автомобиля

Датчик скорости автомобиля (ДСА) сконструирован по принципу эффекта Холла и выдает на контроллер частотно-импульсный сигнал. Частота сигнала прямопропорциональна скорости движения автомобиля. Контроллер использует этот сигнал для управления работой двигателя на холостом ходу и посредством регулятора холостого хода, управляет подачей воздуха в обход дроссельной заслонки. ДСА выдает примерно 6004 импульса на каждый километр пройденного автомобилем пути. По временному интервалу между импульсами контроллер определяет скорость движения автомобиля. Кроме того, данный сигнал может использоваться спидометром установленным на панели приборов.

ДСА устанавливается на коробке переключения передач на механизме привода спидометра. Демонтаж его производят после (при выключенном зажигании) отключения контактного разъема и тросика привода спидометра (если он установлен) отвернув датчик с привода спидометра. Монтаж ДСА производят в обратной демонтажу последовательности. При неисправностях цепи соединения ДСА, контроллер заносит в ОЗУ код "24" и зажигает лампу "CHECK ENGINE", таким образом, указывая о необходимости диагностики. Одним из ярковыраженных симптомов неисправности датчика скорости служит остановка работы двигателя на Х.Х. при движении автомобиля накатом. Однако не следует забывать, что аналогичная ситуация может произойти при временных неисправностях датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), но лампа "CHECK ENGINE", в этом случае, загорается не всегда. По этому признаку можно предварительно судить о том какой именно датчик вышел из строя.

Проверку работоспособности ДСА следует начинать с наличия заземления на контакте "3" и напряжения питания (+12В.) на контакте "1". Проверку импульсного сигнала на контакте "2" следует проводить при вращении ведущих колес со скоростью не менее 5км/час. Производить измерения я рекомендую цифровым мультиметром или осциллографом. Для проверки "1" и "3" контактов ДСА допускается применение прозвонки.

К типичным симптомам неисправности датчика скорости или его эл.цепи можно отнести остановку двигателя при переключении передачии вдвижении накатом,ошибки показаний спидометра. Чаще всего выход из строя ДСА связан с работой тросика спидометра. Если данный тросик имеет на своей поверхности какие-либо заусенцы, разрывы или просто затруднено его вращение в защитной оплетке, это может привести к выходу из строя датчика скорости (см. Фото 3 и 4). Кроме того, часто изза этой причины датчик скорости выходит из строя именно на высокой скорости движения. На Фото-3 металлический стержень, который передавал вращение, расплавил пластмассу и, как это видно на фото, просто вывалился. С другой стороны, тросик спидометра просто разбил свое посадочное место и соответственно перестал в нем фиксироваться, что и привело к отказу нормальной работы спидомера (см. Фото-4). Так как эл.цепь датчика не пострадала, лампа "CHECK ENGINE" не зажигалась из-за отсутствия зафиксированных ошибок данной цепи. В данном случае проблема была решена простой заменой тросика спидометра и датчика скорости на новые. Для исключения подобной ситуации, пока тросик спидометра исправен, его следует смазать моторным маслом.Данный датчик имеет металлический хвостовик, который менее подвержен износу. Если вас не пугает замена разъема, лучше неисправный ДСА заменить именно на такой.