Download - 00 strony tyt - wiak.imsi.pl · ych: czujniki ieszczone ego sterowane płonowa, rozproszona) [4 YCH nstrukcji cewk znym wynosz t dla układó wki zapłonow rakteryzują s o (ok.0,4-2Ω)

SŁAWOMIR WIAK (redakcja)

Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT

Recenzenci: Prof. Janusz Turowski Politechnika Łódzka Prof. Ewa Napieralska Juszczak University Lille Nord de France, LSEE, UA, Francja Autorzy rozdziałów: Prof. Piotr Ostalczyk (rozdz. 1, 2) Prof. Edward Jezierski (rozdz. 3) Dr hab. inż. Zbigniew Gmyrek (rozdz. 4) Dr hab. inż. Ryszard Szczerbanowski, prof. PŁ (rozdz. 5) Dr inż. Grzegorz Tosik (rozdz. 6) Prof. Zbigniew Lisik (rozdz. 6) Dr hab. inż. Jacek Gołębiowski, prof. PŁ (rozdz. 7) Dr hab. inż. Krzysztof Pacholski, prof. PŁ (rozdz. 8, 9) Prof. Krzysztof Gniotek (rozdz. 10) Dr hab. inż. Iwona Frydrych, prof. PŁ (rozdz. 10) Dr hab. Inż Ryszard Korycki, prof. PŁ (rozdz. 11) Dr inż. Grażyna Sobiczewska (rozdz. 12) Dr hab. Maria Dems, prof. PŁ (rozdz. 13, 15) Prof. Sławomir Wiak (rozdz. 13, 14, 15, 16, 17) Dr inż. Wojciech Rosiak (rozdz. 13, 15) Dr inż. Paweł Drzymała (rozdz. 14, 16, 17) Dr inż. Henryk Welfle (rozdz. 14, 16, 17) Dr inż. Ryszard Lasota (rozdz. 18) Dr inż. Marek Jan Glaba (rozdz. 19) Monografia przygotowana w ramach projektu "Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności do zatrudniania, także osób niepełnosprawnych", współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach europejskiego Funduszu Społecznego - Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki "Priorytet IV, poddziałanie 4.1.1. Wzmocnienie potencjału dydakty-cznego uczelni". Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może być umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. ISBN 978-83-60434-85-7 © Copyright by EXIT, Politechnika Łódzka Łódź 2010

7. UKŁADY ELEKTRONICZNE W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

311

Jacek Gołębiowski

7. Układy elektroniczne w pojazdach samochodowych

7.1. Układy zapłonowe

7.1.1. Zasada działania

Zadaniem układu zapłonowego jest spowodowanie zapłonu mieszanki paliwowej w cylindrze silnika w odpowiedniej chwili czasowej. Moment ten określa się za pomocą kąta wyprzedzenia zapłonu. Jest to kąt obrotu wału korbowego od chwili powstania wyładowania iskrowego do momentu osiągnięcia przez tłok zwrotu zewnętrznego. Kąt wyprzedzenia zapłonu jest sumą statycznego i dynamicznego kąta. Kąt statyczny jest niezależny od stanu pracy silnika natomiast kąt dynamiczny jest zmieniany za pomocą regulatorów mechanicznych lub elektronicznych. W przypadku regulatorów mechanicznych są to: regulator odśrodkowy zmieniający kąt wyprzedzenia w zależności od prędkości obrotowej silnika oraz regulator podciśnieniowy zmieniający kąt wyprzedzenia w zależności od podciśnie-nia w kolektorze dolotowym.

Podstawowy elektromechaniczny akumulatorowy układ zapłonowy zbudowany jest z następujących elementów: źródła prądu stałego (akumulatora), wyłącznika zapłonu, cewki zapłonowej, świec zapłonowych, przewodów niskiego i wysokiego napięcia oraz aparatu zapłonowego. W aparacie zapłonowym umieszczone są przerywacz z kondensatorem, rozdzielacz wysokiego napięcia i regulatory mechaniczne. Praca układu zapłonowego synchronizowana jest zamykaniem i otwieraniem styków przerywacza. Po zwarciu styków przerywacza w obwodzie pierwotnym zaczyna płynąć prąd i1 :

( )τ/teRU)t(i −−= 1

11 (7.1)

gdzie: U- nap. akumulatora, R1- rezystancja obw. pierwotnego cewki, τ- stała czas. obwodu (τ = L1 / R1) , L1- indukcyjność uzwoj. pierwotnego cewki


312

Otwarcie zestyków przerywacza powoduje przerwanie płynącego prądu i indukowanie się siły elektromotoryczne we wtórnym uzwojeniu cewki. SEM w uzwojeniu wtórnym (o odpowiednio dużej wartości) wywołuje wyładowanie iskrowe pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej. Zastosowanie kondensatora bocznikującego styki przerywacza ogranicza powstawanie wyładowania pomiędzy otwierającymi się stykami przerywacza i zwiększa ich trwałość. Wartość maksymalna indukowanej SEM E2m po stronie wtórnej jest zależna od następujących parametrów obwodu:

221

112 ϑϑ

CCLiE m +

≅ (7.2)

gdzie: ϑ=z2 / z1 przekładnia cewki, z2- liczba zwojów uzwojenia wtórnego, z1- liczba zwojów uzwojenia pierwotnego cewki, C1- pojemność kondensatora , C2- pojemność obwodu wtórnego

Rys. 7.1. Schemat konstrukcyjny elektromechanicznego akumulatorowego układu

zapłonowego [18]

Zadaniem rozdzielacza zapłonu jest doprowadzenie wysokiego napięcia do odpowiedniej świecy zapłonowej w cylindrze silnika, w którym ma nastąpić zapłon mieszanki. Wałek rozdzielacza jest sprzęgnięty mechanicznie z krzywką współpracującą z przerywaczem.

Cewka zapłonowa pełni rolę transformatora wysokiego napięcia, w jej polu magnetycznym zmagazynowana jest energia potrzebna do wyła-dowania iskrowego. Na rysunku 7.1 pokazano uproszczoną budowę


313

olejowej cewki zapłonowej. Na rdzeniu wykonanym z pakietu izolowanych blach transformatorowych nawinięte jest uzwojenie wtórne cewki. Warstwy uzwojenia są izolowane przekładkami. Początek uzwojenia wtórnego jest połączony z gniazdem wysokiego napięcia cewki, a koniec uzwojenia z początkiem uzwojenia pierwotnego i również wyprowadzony do zacisku na głowicy (pokrywie) cewki. Do tego zacisku podłączone są styki przerywacza.

Uzwojenie pierwotne cewki nawinięte jest warstwowo na odizolowa-nym uzwojeniu wtórnym. Drugi koniec uzwojenia pierwotnego wyprowadzony jest do zacisku na pokrywie cewki i połączony poprzez wyłącznik zapłonu z akumulatorem. Uzwojenia z rdzeniem umieszczone są w pojemniku wypełnionym olejem transformatorowym. Olej zwiększa wytrzymałość izolacji na przebicie oraz ułatwia odprowadzanie ciepła wydzielanego w uzwojeniach. Zewnętrzny obwód magnetyczny cewki wykonany jest z kilku zwojów blachy transformatorowej i umieszczony na zewnątrz uzwojeń.

W nowszych rozwiązaniach układów zapłonowych stosuje się często „suche” cewki zapłonowe, w których uzwojenia impregnowane są podciśnieniowo za pomocą żywic syntetycznych. Obwód magnetyczny zamknięty wykonany jest z blach ferromagnetycznych z szczeliną z materiału paramagnetycznego, diamagnetycznego. Taka konstrukcja pozwala uzyskać odpowiednią indukcyjność uzwojenia pierwotnego przy niewielkich wymiarach cewki oraz uniknąć nasycenia obwodu magnetycznego.

Aparat zapłonowy składa się z części obwodu niskiego napięcia (przerywacz, kondensator), rozdzielacza zapłonu wysokiego napięcia oraz regulatorów kąta wyprzedzenia zapłonu.

Rozdzielacz zapłonu składa się z następujących elementów: kopułki z zewnętrznymi gniazdami wysokiego napięcia i wewnętrznymi elektrodami, palca rozdzielacza oraz szczotki węglowej. Palec rozdzielacza napędzany jest wałkiem aparatu i jego położenie zsynchronizowane jest z położeniem przerywacza. W momencie otwarcia styków przerywacza palec znajduje się naprzeciwko jednej z elektrod umieszczonych w kopułce. Impuls wysokiego napięcia z cewki zapłonowej doprowadzony jest przewodami instalacji do centralnego gniazda kopułki a następnie za pomocą szczotki węglowej do palca rozdzielacza. Pomiędzy palcem a wewnętrzną elektrodą jest niewielka przerwa (0,3-0,5 mm). W chwili pojawienia się wysokiego napięcia (15-30 kV) następuje przebicie tej przerwy powietrznej i impuls wysokiego napięcia poprzez odpowiednie gniazdo na kopułce zostaje doprowadzony do świecy zapłonowej.

W klasycznym aparacie zapłonowym umieszczone są dwa regulatory mechaniczne: regulator odśrodkowy i regulator podciśnieniowy. Zadaniem regulatora odśrodkowego jest zmiana kąta wyprzedzenia zapłonu w


314

zależności od prędkości obrotowej silnika. Zasada działania regulatora polega na wykorzystaniu sił odśrodkowych działających na wirujące ciężarki. Ciężarki mogą obracać się wokół osi zamocowanych na dolnej płytce. Płytka wraz z ciężarkami napędzana jest za pomocą wałka aparatu. Wirujące ciężarki pod wpływem siły odśrodkowej ulegają odchyleniu powodując jednocześnie przekręcenie górnej płytki. Do tej płytki zamocowana jest krzywka współpracująca z przerywaczem. Położenie równowagi dla przesuwających się ciężarków zapewniają dwie sprężyny, które równoważą działanie siły odśrodkowej. Wzrost prędkości obrotowej silnika powoduje większe odchylenie ciężarków i przekręcenie krzywki o większy kąt zgodnie z kierunkiem obracania się wałka. W rezultacie styki przerywacza otwierają się wcześniej, a kąt wyprzedzenia zapłonu wzrasta.

Rys. 7.2. Charakterystyka regulatora odśrodkowego [9]

Na rysunku 7.2 pokazano przykładowo charakterystykę kąta wyprzedzenia zapłonu w funkcji prędkości obrotowej. Linia środkowa oznacza charakterystykę znamionową, a linie zewnętrzne dopuszczalne pole tolerancji. Zagięcie charakterystyki uzyskuje się stosując w regulatorze dwie różne sprężyny.

Zadaniem regulatora podciśnieniowego jest zmiana kąta wyprzedzenia zapłonu w funkcji podciśnienia w kolektorze dolotowym. W regulatorze zastosowano siłownik pneumatyczny sterowany podciśnieniem. Zmiana podciśnienia (różnica ciśnienia atmosferycznego i ciśnienia w kolektorze) powoduje przesunięcie membrany i cięgna, a następnie płytki z przerywaczem. Jeżeli wartość podciśnienia wzrośnie, to zwiększy się kąt, o jaki obróci się płytka z przerywaczem. Kierunek obrotu płytki jest przeciwny do kierunku obrotu wałka aparatu. W rezultacie wzrost podciśnienia powoduje zwiększenie kąta wyprzedzenia zapłonu. Na rysunku 7.3 pokazano przykładową charakterystykę kąta wyprzedzenia zapłonu w zależności od podciśnienia w kolektorze dolotowym. Podobnie jak dla regulatora odśrodkowego linia środkowa oznacza charakterystykę znamionową, natomiast linie zewnętrzne określają dopuszczalne pole tolerancji charakterystyki.


315

Rys. 7.3. Charakterystyka regulatora podciśnieniowego [9]

W obecnych konstrukcjach bezrozdzielaczowych stosuje się cewki dwubiegunowe. Takie cewki posiadają dwa wyprowadzenia dla obwodu wysokiego napięcia. Dwie cewki zapewniają pracę układu zapłonowego dla silnika czterosuwowego, czterocylindrowego. Wyładowanie iskrowe występuje na przemian odpowiednio w parach cylindrów 1/4 i 3/2 .

7.1.2. Elektroniczne układy zapłonowe

Zapłonowe układy tranzystorowe sterowane mechanicznym przerywaczem różnią się od klasycznych układów zapłonowych przede wszystkim zastosowaniem przełączającego tranzystora mocy. Na rys. 7.4 pokazano podstawowy tranzystorowy układ zapłonowy.

W tranzystorowym układzie zapłonowym przerywacz P steruje pracą tranzystora T. Przy zamkniętych stykach przerywacza płynie prąd bazy tranzystora ograniczony przede wszystkim wartością rezystora R2. Dobierając ten rezystor oraz współczynnik wzmocnienia tranzystora można wprowadzić tranzystor w stan nasycenia. W tym stanie spadek napięcia pomiędzy kolektorem a emiterem jest bardzo mały.

Prąd płynący w obwodzie pierwotnym jest określony podobną zależnością (przy założeniu, że UCE=0) do wzoru 7.1 dla układu klasycznego. Różnica pomiędzy układem klasycznym a tranzystorowym polega na możliwości zmniejszenia rezystancji R1 (uzwojenia pierwotnego cewki), a więc zwiększeniu wartości prądu i1 w chwili otwierania styków przerywacza. Otwarcie styków powoduje, że tranzystor przechodzi w stan odcięcia charakteryzujący się bardzo dużą rezystancją pomiędzy kolektorem a emiterem. Ten stan pracy odpowiada w układzie klasycznym otwierającym się stykom przerywacza i chwili pojawienia się wyładowania iskrowego. W układzie tranzystorowym moment otwarcia styków odpowiada chwili pojawienia się wyładowania iskrowego. Warunki pracy tranzystora przełączającego są szczególnie trudne. Przełączanie prądów o dużych natężeniach w obwodzie o charakterze indukcyjnym związane jest z pojawianiem się przepięć oraz stratami mocy w tranzystorze. Dlatego też w układach tranzystorowych wprowadza się zabezpieczenia ograniczające te zjawiska np. diodę Zenera DZ , kondensator C10.

Układy tranzystorowe pozwalają zwiększyć energię wyładowania,

7. U

316

dzięTypok.3transtosmnimniprzeZasrozbmak

niez

naznośi nietrandzię(prą

jesttrandwacyjnzap

Rys

UKŁADY ELEKT

ęki zwiększenipowe wartości30-60 mJ (w nzystorowych sowane w traiejszą wartośiejszą indukcyjekładnią (okstosowanie cebudowania ukłksymalną wart

Zaletą takzależnie od prę

W porównazywane układaści mają więezależna od nzystorowych jęki zmniejszenąd bazy tranzy

Dalsze zwięt możliwe przenzystorowych za typy czujnikóne i czujnikpłonowym.

. 7.4. Schemat tr

C2-

TRONICZNE W

iu wartości prą energii wyład

zakresie 100ok. 80-120 mnzystorowych ścią rezystanjnością uzwoje. 50-100) w wek o bardzoładu tranzystotość prądu i1 (okich układów ędkości obrotoniu do układówami elektronicększą energię

prędkości jest zwiększenniu natężenia

ystora). ększenie trwałoez wyeliminowz regulatoramów generacyjnki hallotronow

ranzystorowego P- przerywa

- pojemność obw

POJAZDACH S

ądu i1 oraz oddowania w uk00-3000 obr/m

mJ i mogą byćukładach zap

ncji uzwojeniaenia pierwotne

porównaniu o małych rezyorowego o dodok.6-9A).

jest stabilizowej silnika. w klasycznychznymi z enerę wyładowanobrotowej. Dnie trwałości i

prądu przep

ości i niezawowanie stykowei mechaniczny

nych bezstykowwe, które um

układu zapłonowacz, Cz- cewka zawodu wtórnego (

SAMOCHODOW

dpowiedniej kokładzie klasycmin) natomiasć większe. Cepłonowych chaa pierwotnegego(ok. 3-5 mH

do układuystancjach R1datkowy obwód

zacja energi

układy tranzyrgią gromadzoia, która mo

Dodatkową zi niezawodnoś

pływającego p

odności układóego sterowaniymi stosowanewych: czujniki mieszczone

wego sterowaneapłonowa, (rozproszona) [4

WYCH

onstrukcji cewkcznym wynoszst dla układóewki zapłonowarakteryzują sgo (ok.0,4-2ΩH) oraz większ klasyczneg(<2Ω) wymagd ograniczając

i wyładowan

ystorowe inaczoną w indukcyoże być sta

zaletą układóści przerywaczrzez jego sty

ów zapłonowycia. W układace są najczęści

magnetoindusą w aparac

ego przerywacze

4]

ki. zą ów we ię

Ω), zą o.

ga cy

ia

zej yj-ła

ów za yki

ch ch ej k-

cie

m

ukłamożbeztyrykonw oprzeo wdiodnapz prbramkonrozłWyłłukow odruga wdo i traParoraz

enenapprze

7. UKŁA

W odróżnieady tyrystorowże być sterozstykowym poystorowego pondensatora, abwodzie pierwetwarza niskie

wartości ok. 20dowym i kondpięcia. Tyrystorzerywacza lubmki tyrystora

ndensator C, ładowanie zgładowanie chaowego (fazabwodzie wtórnga część wyła

wartość płynąceczasu trwan

anzystorowychrametry wyładoz na zawartość

Zaletą układergia wyładowpięcia (mniejszewodach).

Rys. 7.5. Schemprzerywacze

ADY ELEKTRO

eniu od układówe. Schemat bowany mechaokazano na olega na groa następnie wotnym cewke napięcie (6, 00-400 V. Naensator C jesr Th pracuje jb czujnika bez

i może spowtyrystor Th,

gromadzonegoarakteryzuje si pojemnoścnym i dużym nadowania fazaego prądu małnia tej fazy jest podstowania fazy inć składników todów tyrystorowania rzędu 80

zy jest wpływ z

mat blokowy tyrysem lub czujnikiem

NICZNE W POJ

ów tranzystoroblokowy takieganicznym przrysunku 7.5

omadzeniu ładrozładowaniu

i zapłonowej. 12V) prądu s

apięcie to jesst ładowany dojako sterowanzstykowego dowodować jeg uzwojenie

o ładunku w ę stosunkowo iowa), szybknatężeniem pra tzw. indukcya. Skrócenie fa

wyładowaniatawową wadndukcyjnej maoksycznych w wych jest stała0-120 mJ orazanieczyszcze

storowego układm indukcyjnym P

JAZDACH SAM

owych spotykago układu zapłzerywaczem . Zasada dzdunku w poluu zgromadzo

Przetwornicastałego na nast wyprostowao wartości ma

ny przełącznik oprowadzony jo wyzwoleniepierwotne ce

pojemności długim czasekim narastanrądu wyładowayjna jest stosazy indukcyjnea w układacdą układów ają wpływ na p

spalinach. a energia wyłaaz duża stromeń na świecac

du zapłonowegoPI , UF- układ for

MOCHODOWYC

31

ane są równiełonowego, któlub czujnikie

ziałania układu elektrycznyonego ładunka tranzystorowapięcie zmiennane w układzaksymalnej teg

(klucz). Sygnjest do obwod

e. W obwodzewki następuj

kondensatorem wyładowanniem napięcania. Natomiaunkowo krótkej w porównanch klasycznyc

tyrystorowycproces spalan

adowania i dużmość narastan

h zapłonowyc

o sterowanego rmujący [9]

CH

17

eż ry m

du m ku wa ne zie go ał

du zie je a. ia

cia st a, iu

ch h. ia

ża ia h,

7. U

318

wzgwys

7.1

magZasczujStrukilkawyw

1-

czujzmiwykzero

(ok.wytwjestpara

UKŁADY ELEKT

Obecnie za

ględu na krótkstąpienia szkod

1.3. Czujn

Na rysunkugnetoindukcyjnsada działaniajnika pod wpł

umień magneta), który jest wołuje zmiany

- magnes trwały

Na rysunkujnika dla okreśanę amplitudy

korzystuje się no (czas t1).

Zmiany pr. 10/1000 obwarzających dt niewielki i moametrów magn

TRONICZNE W

astosowanie uki czas trwaniadliwych składn

niki w ukła

u 7.6 pokaznego ze zmiea polega na ływem zmianytyczny wytwar

nieruchomy. strumienia ma

Rys. 7.6. Czuj, 2- cewka uzwoj

e- SEM in

u 7.7 pokazanoślonej prędkośy SEM. Do stenajczęściej chw

rędkości powbr/min) wynikdodatkowy stroże powodowanesu (natężen

POJAZDACH S

kładów tyrystoa fazy indukcyników w spalina

adach zapło

ano konstrukenną reluktancindukowaniu zy strumienia mrzany jest prze

Obracający agnetycznego w

jnik magnetoindjenia,, 3- szczelin

ndukowana w uzw

o przebieg indści obrotowej. rowania momewilę odpowiad

wodują opóźnkające z wrumień magneać zmiany wieie koercji, mag

SAMOCHODOW

orowych jest yjnej wyładowaach).

onowych

kcję generacycją obwodu mzmiennej SEMmagnetycznegez magnes trwsię ferromagnw obwodzie.

dukcyjny [1] na, 4- ferromagnwojeniu

dukowanej SEZmiana prędkentem zapłonuającą przejści

ienie sygnałuwpływu prądetyczny. Wpłyelkości szczelignetyzm szczą

WYCH

ograniczone zania (możliwoś

yjnego czujnikmagnetycznegM w uzwojengo w obwodziwały (jeden lunetyczny wirn

netyczny wirnik,

EM w uzwojenkości spowoduju (wyładowaniau sygnału prze

u wyjściowegdów wirowycyw temperatuny oraz zmianątkowy).

ze ść

ka o. iu e.

ub nik

iu je a) ez

go ch ry ny

i jedmagwspZmiwał

z czbyćpoło

7. UKŁA

Rys. 7.7. Prze

Na rysunkudnocześnie czgnetoindukcyjnpółpracujący ziana rozmieszcu.

Rys. 7Kp- tarcza na

Na rysunkzujnika. Impulsć wykorzystanyożenie wału).

ADY ELEKTRO

ebieg SEM w uzw

u 7.8 przedstawzujnika pomiany z magnesez kołem pasoczenia znaczn

7.8. Czujnik położa wale korbowym

u 7.9 zamies o większej amy do synchron

NICZNE W POJ

wojeniu czujnika

wiono konstruaru prędkości m trwałym umowym i znacików pozwala

żenia wału i prędm ze znacznikam

eszczono przemplitudzie pojanizacji pracy u

JAZDACH SAM

a magnetoindukc

ukcję czujnika obrotowej. J

mieszczonym wcznikami na jwyróżnić okre

dkości obrotowemi, Cz- czujnik, O

ebieg sygnaławiający się wukładu zapłon

MOCHODOWYC

31

cyjnego [1]

położenia waJest to czujnwewnątrz cewkjego obwodzi

eślone położen

ej [4] O- obudowa

u wyjściowegw czasie tS moż

owego (okreś

CH

19

łu nik ki, e. ie

go że la

7. U

320

wykstałdo kwspnatę

prędprzei eleczujimpsię wpły

UKŁADY ELEKT

Rys. 7.9. S

Na kolejnykorzystującegołym prądem,kierunku prądupółrzędnej). Aężenia prądu i

1- obwód mag 4- wiru

Kształt przedkości obrotoesłona ferromement hallotrojnika pojawia

pulsu napięciowsygnał prosto

yw temperatur

TRONICZNE W

Sygnał z czujnika

ym rysunku o efekt Halla. , strumień u powoduje poAmplituda nanatężenia pol

Rys. 7.10. gnetyczny (z ma

ująca przesłona f

ebiegu napięcwej. W czasi

magnetyczna znowy znajdujesię impuls napwego wyzwalaokątny. Dobrary na pracę czu

POJAZDACH S

a magnetoindukc

7.10 pokaElement półmagnetyczny

owstanie napiępięcia jest pa magnetyczn

Czujnik hallotroagnesem trwałymferromagnetyczn

cia na wyjściuie pomiędzy znajduje się pe się w polu mpięcia. Zbocze

a komparator, nanie punktu pujnika.

SAMOCHODOW

cyjnego z rysunk

zano konstruprzewodnikowy skierowanyęcia Halla (w kproporcjonalneego.

nowy [1]

m), 2-szczelina, 3na, UH- napięcie

czujnika jestchwilami t1 i

poza szczelinąmagnetycznyme narastające na wyjściu, któ

pracy kompara

WYCH

ku 7.8 [4]

ukcję czujnikwy zasilany jey prostopadkierunku trzecie do iloczyn

3- hallotron, Halla

t niezależny ot2 (Rys. 7.1

ą powietrzną m. Na zaciskac

(lub opadająceórego otrzymujatora zmniejsz

ka st le ej

nu

od 1) 2

ch e) je

za


321

Rys. 7.11. Przebieg napięcia Halla na wyjściu czujnika [1]

Oprócz czujników hallotronowych stosuje się również czujniki półprzewodnikowe z tzw. efektem magnetorezystancyjnym wykorzystujące zależność rezystancji od zmiany strumienia magnetycznego. Ze względu na duży wpływ temperatury w tych czujnikach stosuje się je najczęściej w układach mostkowych. Czujniki wykorzystujące efekt Halla mogą być również stosowane do pomiaru położenia wału oraz jego prędkości obrotowej.

Do pomiaru temperatury najczęściej używane są termistory, a do pomiaru kąta otwarcia przepustnicy czujniki potencjometryczne. Do pomiaru temperatury wykorzystuje się również czujniki rezystancyjne, złączowe (półprzewodnikowe) [11,12]. Rezystancja cienkowarstwowego opornika jest zależna od temperatury. Bardzo dobrymi parametrami charakteryzują się zintegrowane rezystory platynowe. Mają mniejsze rozrzuty rezystancji, dobrą liniowość, duży zakres pomiarowy. Wadą jest duży koszt wytwarzania. Innym materiałem stosowanym jest krzem polikrystaliczny. Zaletą jest prosta technologia, niski koszt; wadą znacznie większe rozrzuty technologiczne, nieliniowość charakterystyki.

Wadą cienkowarstwowych czujników rezystancyjnych jest także ich zależność od naprężeń występujących w podłożu.

Obecne układy tranzystorowe posiadają elektroniczną regulację kąta wyprzedzenia zapłonu w funkcji prędkości obrotowej oraz podciśnienia. Charakterystyki regulacyjne są realizowane na drodze analogowej lub cyfrowej. W przypadku charakterystyki kąta wyprzedzenia w funkcji prędkości obrotowej wykorzystuje się sygnały z czujnika położenia wału. Może być to czujnik sterujący pracą układu (zastępuje przerywacz) zapłonowego lub dodatkowy czujnik.

Regulacja kąta wyprzedzenia w funkcji podciśnienia wymaga użycia dodatkowego czujnika podciśnienia. Stosowane są czujniki membranowe, w których położenie membrany jest zależne od wartości podciśnienia. Do pomiarów podciśnienia mogą być stosowane membranowe czujniki tensometryczne lub piezorezystancyjne. Te ostatnie znalazły obecnie największe zastosowanie. Są one wykonywane w postaci scalonej na bazie membran krzemowych. Konstrukcję mikrosensora podciśnienia z przetwornikami piezorezystancyjnymi pokazano na poniższym rysunku [1, 12, 14].


322

Umieszczenie piezorezystorów tak, aby jeden z nich poddawany był naprężeniom ściskającym, a dugi rozciągającym pozwala zwiększyć sygnał wyjściowy dwukrotnie (układ pomiarowy pół-mostkowy). Zmiana rezystancji wywołana tymi naprężeniami wynosi odpowiednio R - ΔR i R + ΔR. Dla membrany można zastosować układ pełnego mostka z czterema piezorezystorami i w rezultacie sygnał wyjściowy zwiększa się czterokrotnie w stosunku do pojedynczego piezorezystora.

Rys. 7.12. Widok struktury mikrokrzemowej z piezorezystancyjnymi czujnikami [14]

Schemat elektryczny piezorezystorów połączonych w układ mostka pokazano na kolejnym rysunku. Jednocześnie zmniejsza się wpływ temperatury na sygnał wyjściowy.

Rys. 7.13 Schemat elektryczny czterech piezorezystorów w układzie mostkowym [14]

Do pomiaru przepływu masowego powietrza stosowane są również termoanemometry [12]. Przepływomierz zbudowany jest na podłożu krzemowym w układzie czterech termoelementów oraz układzie grzejników zamontowanych na czterech cienkich belkach połączonych w kształcie krzyża [14]. Grzejniki podgrzewają belki i przy braku przepływu gazu ustala się rozkład temperatur dla całej struktury. Przepływ gazu (o niższej temperaturze) powoduje, że zmienia się rozkład przestrzenny temperatur .


323

7.1.4. Mikrokomputerowe układy zapłonowe

Zastosowanie mikroprocesorów w układach zapłonowych pozwoliło na zwiększenie dokładności wyznaczania kąta wyprzedzenia zapłonu oraz zwiększenie niezawodności działania (brak elementów mechanicznych).

Mikrokomputer sterowany jest impulsem synchronizującym pochodzącym od znacznika określającego położenie wału. Jest to najczęściej sygnał z czujnika umieszczonego obok koła zamachowego lub koła pasowego wału. Sygnały do pomiaru prędkości obrotowej mogą być otrzymane z dodatkowego czujnika współpracującego ze znacznikami umieszczonymi na kole pasowym, kole zamachowym lub z czujnika określającego położenie wału.

Podciśnienie w kolektorze dolotowym mierzone jest najczęściej membranowym czujnikiem piezorezystancyjnym. Te dwa parametry są podstawowymi w układzie sterowania zapłonem. Większość mikro-komputerowych układów zapłonowych wyposażona jest w szereg dodatkowych czujników mierzących m.in. temperaturę cieczy chłodzącej, temperaturę powietrza, ciśnienie atmosferyczne, wilgotność powietrza, napięcie akumulatora, ciśnienie spalania, położenie przepustnicy oraz inne. Na rysunku 7.14 pokazano schemat blokowy mikrokomputerowego układu zapłonowego.

Poszczególne przetworniki pomiarowe P1-P7 umożliwiają przetworzenie sygnałów z czujników na impulsy sterujące oraz wartości analogowe (napięcia) wielkości mierzonych. Impulsy z przetwornika P1 synchronizują pracę mikrokomputera, impulsy z przetwornika P2 zliczane są w liczniku wewnętrznym i na tej podstawie wyznaczana jest prędkość obrotowa wału silnika. Sygnały z przetworników P3 i P4 określają położenie przepustnicy odpowiadające jej minimalnemu i maksymalnemu otwarciu.

W przetwornikach P5, P6, P7 sygnały z czujników ciśnienia, temperatury oraz napięcie zasilania są zamieniane na znormalizowane sygnały napięciowe, które następnie są doprowadzane do wejścia przetwornika A/C. W przetwornik wbudowany jest multiplekser analogowy przełączający kolejne wejścia analogowe do wejścia przetwornika. W samym przetworniku następuje konwersja analogowych sygnałów na postać cyfrową. W zależności od rozdzielczości zastosowanego przetwornika wyjściowe sygnały są 8, 10 lub 12 bitowe.

7. U

324

T

n-

obroPrzymiaDanw pprze

UKŁADY ELEKT

Rys. 7.14. Sche K- mikroko

- tranzystor mocP1-P7 - przetwo

- sygnał prędkoś(dla b

Δp- podciśnien

Na podstawotowej i podcykład takiej

arowej powierzne dotyczące ostaci tabeli. Wewodzenia tran

TRONICZNE W

emat blokowy momputer, G- genecy, Cz- cewka zaorniki pomiaroweści obrotowej, α1biegu jałowego i ie w kolektorze d

Uz-

wie dwóch pociśnienia wyzcharakterystyk

zchni (przestrzcharakterysty

W pamięci tej znzystora mocy

POJAZDACH S

ikrokomputerowerator zegarowypłonowa, A/C - pe, Is- impuls syn1, α2- sygnały z cmaksymalnego dolotowym, T- tenapięcie zasilan

dstawowych pznaczany jest ki kąta wyprzzennej mapy) yki zapisane zapisane są ró

y.

SAMOCHODOW

wego układu zapł, S- stabilizator z

przetwornik analnchronizacji (połoczujnika położenobciążenia silnik

emperatura ciecznia

parametrów sikąt wyprzed

zedzenia w pokazano nasą w pamię

ównież dane d

WYCH

łonowego [2] zasilania, ogowo-cyfrowy,ożenia wału),

nia przepustnicy ka), zy chłodzącej,

ilnika prędkośdzenia zapłonpostaci trójwy

a rysunku 7.1ęci stałej ROdotyczące czas

ści u. y-5. M su


325

Rys. 7.15. Charakterystyka kąta wyprzedzenia zapłonu α w funkcji prędkości

obrotowej n i podciśnienia Δp w postaci trójwymiarowej [18]

Na podstawie tych danych oraz dodatkowych sygnałów (napięcia zasilania, temperatury, położenia przepustnicy i innych) kontroler dokonuje obliczeń wg założonego algorytmu i koryguje dane odczytane (dla danej prędkości i podciśnienia) z pamięci stałej. Końcowe wartości cyfrowe wyznaczające czas przewodzenia tranzystora oraz moment jego wyłączenia (powstanie wyładowania) zamieniane są na wartości określające parametry czasowe (czas przewodzenia i wyłączenie tranzy-stora) sygnału sterującego pracą tranzystora mocy.

Jeżeli silnik ma cztery lub więcej cylindrów na wyjściu układu zapłonowego stosuje się dodatkowo jeszcze jeden lub więcej tranzystorów mocy oraz cewek zapłonowych podłączonych do odpowiednich świec zapłonowych. Na podstawie impulsów określających położenie wału mikrokomputer synchronizuje pracę tranzystorów, co pozwala wyeliminować mechaniczny rozdzielacz zapłonu.

Większość mikrokomputerowych układów zapłonowych wyposażona jest w gniazdo diagnostyczne, które umożliwia podłączenie przyrządów diagnostycznych a następnie wykonanie pomiaru podstawowych parametrów takich jak prędkość obrotowa, kąt wyprzedzenia zapłonu.

Analiza pracy mikrokomputerowych układów zapłonowych wymaga stosowania specjalnych testerów diagnostycznych lub specjalizowanych komputerowych stanowisk pomiarowych.

7.1.5. Diagnostyka układów zapłonowych

Do wykrywania uszkodzeń w obwodzie niskiego i wysokiego napięcia stosuje się przyrządy diagnostyczne. Badania podstawowych elementów klasycznego układu zapłonowego dotyczą: cewki zapłonowej, kondensatora, świec zapłonowych, instalacji wysokiego napięcia.


326

Badanie cewki zapłonowej polega na sprawdzeniu jej parametrów: rezystancji uzwojenia pierwotnego i wtórnego za pomocą mostka technicznego Wheatstone’a lub diagnoskopów. Następnie należy sprawdzić stan izolacji cewki za pomocą megaomomierza o napięciu probierczym ok. 500V (np. induktora. Sprawdzenie prawidłowości działania cewki można wykonać stosując kasetę probierczą. Dla ustalonej prędkości obrotowej i napięcia zasilania należy wyregulować odstęp elektrod iskrownika. Przebieg wyładowania powinien być ciągły. Pojawiające się przerwy w wyładowaniu mogą oznaczać, że cewka jest niesprawna. Badanie powinno być przeprowadzone po nagrzaniu cewki [7].

Testowanie stanu kondensatora polega na wyznaczeniu jego pojemności oraz sprawdzeniu stanu izolacji.

Badanie świec zapłonowych można przeprowadzić za pomocą testera np. typu TSP16 oraz szczelinomierza. Wykonuje się sprawdzenie szczelności świecy, badanie stanu izolacji oraz wielkości szczeliny pomiędzy elektrodami. Po oczyszczeniu izolatora świecy należy podłączyć świecę do instalacji wysokiego napięcia. Obserwuje się wyładowanie iskrowe pomiędzy elektrodami świecy w warunkach podwyższonego ciśnienia powietrza (ok. 1-1,4MPa). Pojawiające się wyładowania iskrowe na powierzchni izolatora świadczą o uszkodzeniu izolatora lub o jego zanieczyszczeniu [7].

Przewody instalacji wysokiego napięcia sprawdza się: badając ich stan izolacji oraz sprawdzając czy w przewodach nie występują przerwy, należy zmierzyć ich rezystancję i indukcyjność. Rezystancja i indukcyjność przewodów jest zależna od ich długości, dlatego należy wyznaczyć indukcyjność i rezystancję odpowiadającą jednostce długości (μH/m, Ω/m).

Analizując przebiegi napięcia po stronie pierwotnej i wtórnej cewki zapłonowej można wykryć nieprawidłowości w działaniu całego układu zapłonowego. W tym celu należy porównać przebiegi badane z przebie-gami wzorcowymi (odniesienia).

Badanie przebiegu napięcia po stronie pierwotnej pozwala określić czas (kąt) przepływu prądu oraz wykryć uszkodzenia cewki zapłonowej. W cyklu pracy można wyróżnić etapy: załączenie (czas przepływu prądu, kąt zwarcia α1), wyłączenie (czas wyłączenia, kąt α2+α3). Badanie przebiegu napięcia po stronie wtórnej pozwala wykryć uszkodzenia w obwodzie wysokiego napięcia dotyczące świec zapłonowych, cewki zapłonowej, instalacji, a także niektóre niedomagania w obwodzie pierwotnym.

Parametry wyładowania takie jak: czas trwania wyładowania łukowego (faza pojemnościowa), czas trwania wyładowania iskrowego (faza indukcyjna), natężenie prądu oraz szybkość narastania napięcia są istotne ze względu na proces spalania oraz zawartość składników toksycznych w spalinach.

w pprze

oscwysprzeprzespręiskrwtó

7. UKŁA

Rys. 7.16. PrzA - poc

Rys. 7.17. P

Na kolejnycprawidłowo dzebiegi napięć d

Na dwóchcylogramy napisokiego napięerwie iskroweewodu wysokężania. Zbyt rowej na świernym (np. złe p

ADY ELEKTRO

zebieg napięcia czątek wyładowa

Przebieg napięcia

ch oscylogramaziałającym ukłdla najczęściej kolejnych ięć, które różncia. Zbyt mał

ej między elekiego napięciaduża amplitudecy zapłonowpołączenie prz

NICZNE W POJ

po stronie pierwania, B - koniec p

a po stronie wtó

ach zamieszczładzie zapłonj spotykanych rysunkach 7

nią się amplituła amplituda mektrodami świea do masy da może być

wej lub dodatzewodów).

JAZDACH SAM

wotnej cewki zapłprocesu wyładow

rnej cewki zapło

zono typowe powym oraz puszkodzeń

7.18 i 7.19dą poszczegómoże świadczecy lub o prlub o za mwynikiem za

tkowej przerw

MOCHODOWYC

32

łonowej [2]

wania

onowej [2]

przebiegi napiępodano równie

przedstawionólnych impulsózyć o za małrzebiciu izolac

małym ciśniendużej przerw

wy w obwodz

CH

27

ęć eż

no ów łej cji iu

wy zie


328

Rys. 7.18. Przebieg napięcia po stronie wtórnej cewki zapłonowej [2]

A – za mała amplituda impulsu

Rys. 7.19. Przebieg napięcia po stronie wtórnej cewki zapłonowej [2]

A- za duża amplituda impulsu

Badanie elektronicznych układów zapłonowych sterowanych bezstykowo polega na sprawdzeniu między innymi oscylogramów przebiegów: napięć w obwodach czujników, prądu w obwodzie pierwotnym cewki, napięć w obwodzie wtórnym cewki zapłonowej.

Badanie mikrokomputerowych układów zapłonowych można przeprowadzić stosując specjalne stanowiska laboratoryjne albo testery mikrokomputerowe przeznaczone dla określonego typu pojazdów. Przed zastosowaniem diagnostycznego testera należy sprawdzić czy posiada on moduł pamięci zawierający dane dotyczące badanego układu zapłonowego. Połączenie testera z układem zapłonowym następuje poprzez złącze diagnostyczne układu zapłonowego. Tester zasilany jest z sieci pokładowej pojazdu. W czasie pracy tester może zbierać i zapamiętywać dane systemu udostępniając je operatorowi za pośrednic-


329

twem ekranu a także przekazując odpowiednie instrukcje niezbędne do przeprowadzenia analizy działania i wykrywania uszkodzeń. W większości przypadków do testera mogą być podłączone drukarka i zewnętrzny monitor. Podstawowe funkcje realizowane za pomocą testera: zbieranie i odczyt danych, sygnalizacja stanów uszkodzeń układu zapłonowego, lokalizacja uszkodzeń przy pomocy programu diagnostycz-nego, informacje przekazywane na żądanie operatora, funkcje pomocnicze umożliwiające sterowanie urządzeniami zewnętrznymi takimi jak: cewka zapłonowa, wtryskiwacz, elektrozawory, monitor.

W przypadku diagnostyki aktywnej tester wysyła rozkazy do modułu zapłonowego i poprzez niego uruchamia elementy osprzętu elektrycznego przy niepracującym silniku np. steruje cewką zapłonową i inicjuje wyładowanie iskrowe na wzorcowym iskrowniku (procedura sprawdzania cewki zapłonowej).

7.2. Systemy zasilania wtryskowego silników o zapłonie iskrowym

7.2.1. Budowa i zasada działania mikrokomputerowych układów wtryskowych

Układy wtrysku paliwa przechodziły długą drogę rozwoju. Obecnie istnieje szereg rozwiązań konstrukcyjnych, lecz zasada działania i założenia projektowe nie uległy znacznym zmianom. Zadaniem układów wtryskowych paliwa jest odpowiedni dobór składu mieszanki paliwowo-powietrznej tak, aby praca silnika była możliwie najbardziej korzystna z punktu widzenia środowiska naturalnego i dynamiki silnika.

Na podstawie informacji pochodzących z czujników jednostka sterująca CPU optymalnie dobiera czas otwarcia wtryskiwaczy, aby dawka paliwa zbliżała się do optymalnego składu z naciskiem na jednostkowe zużycie paliwa oraz zawartość składników toksycznych w spalinach.

Firma Bosch od wielu lat zajmuje się badaniami i rozwijaniem układów wtrysku paliwa i jest czołowym producentem tych układów. Układy wtrysku paliwa firmy Bosch są produkowane pod nazwą Jetronic i Motronic (wspólny układ sterowania dla zapłonu i wtrysku paliwa) [18].


330

Rys. 7.20. Wpływ składu mieszanki na pracę silnika [6,8]

Układ D – Jetronic Układy Jetronic występują w układach jedno i wielopunktowych.

Układ D – Jetronic jest układem wtryskowym, w którym pomiar masy powietrza realizowany jest za pomocą czujnika podciśnienia umieszczonego w kolektorze dolotowym silnika. Paliwo wtryskiwane jest okresowo pod niskim ciśnieniem do kolektora dolotowego silnika. Informacje potrzebne do wyznaczenia dawki paliwa są pobierane z czujników pomiarowych i przetwarzane na sygnały elektryczne. Urządzenie steruje, na podstawie otrzymanych sygnałów, czasem otwarcia wtryskiwaczy. Układ tego typu składa się z trzech podstawowych współpracujących ze sobą układów:

Układ paliwowy Paliwo pobierane jest ze zbiornika pojazdu i tłoczone przez pompę

o napędzie elektrycznym do wtryskiwaczy roboczych i wtryskiwacza rozruchowego. Właściwa wartość ciśnienia paliwa utrzymywana jest przez regulator, z którego nadmiarowe paliwo odprowadzane jest z powrotem do zbiornika.

Układ dolotowy powietrza Zasysane powietrze kierowane jest do kolektora dolotowego silnika.

Przed przepustnicą umieszczony jest czujnik pomiaru podciśnienia ssania. Wartość podciśnienia ssania jest zależna od ilości zasysanego powietrza.

Układ sterowania Elektroniczny układ sterujący otrzymuje informacje z czujników


331

pomiarowych i na ich podstawie wytwarza impulsy sterujące czasem otwarcia elektromagnetycznych wtryskiwaczy roboczych. Pomiar prędkości obrotowej silnika realizowany jest za pomocą czujników umieszczonych albo obok koła zamachowego albo w aparacie zapłonowym.

Rys. 7.21. Schemat układu wtryskowego D – Jetronic [5]

1 – elektroniczne urządzenie sterujące, 2 – elektromagnetyczny wtryskiwacz roboczy, 3 – czujnik ciśnienia, 4 – czujnik temperatury, 5 – wyłącznik termiczny lub termiczno

– czasowy, 6 – elektromagnetyczny wtryskiwacz rozruchowy, 7 – elektryczna pompa paliwa, 8 – filtr paliwa, 9 – regulator ciśnienia paliwa,

10 – zawór powietrza dodatkowego, 11 – czujnik położenia przepustnicy, 12 –aparat zapłonowy

Układ L – Jetronic W układzie L – Jetronic główną wielkością mierzoną (w celu

wyznaczenia czasu wtrysku) jest objętość zasysanego powietrza. Układ ten był następnym krokiem w rozwoju układów wtryskowych.

Podstawową zaletą tego układu jest redukcja zawartości składników toksycznych w spalinach w stosunku do układu D-Jetronic. Główną wielkością sterującą w układzie L – Jetronic nie jest podciśnienie w kolektorze dolotowym (D – Jetronic), lecz ilość zasysanego powietrza. Pomiar masy zasysanego powietrza jest korzystniejszy od pomiaru podciśnienia ze względu na następujące własności:

• kompensuje różnice w stopniu napełnienia cylindrów, wynikające z tolerancji produkcyjnych, zużycia silnika oraz osadzania się nagaru w komorze spalania,

• kompensuje wpływ zmian ciśnienia gazów wylotowych wynikający z zastosowania katalizatorów,

• zmian wysokości nad poziomem morza oraz zmian ciśnienia


332

atmosferycznego,

• umożliwia obniżenie kosztów w wyniku wyeliminowania urządzenia wzbogacającego mieszankę podczas przyśpieszania. Sygnał odbierany z przepływomierza wyprzedza proces napełnienia cylindrów silnika,

• zapewnia większą stabilność biegu jałowego,

• umożliwia recyrkulację spalin w celu obniżenia temperatury w komorze spalania, ponieważ przepływomierz mierzy tylko ilość zasysanego powietrza i według tej informacji ustalana jest ilość wtryskiwanego paliwa.

Rys. 7.22. Schemat układu wtryskowego L – Jetronic [5]

1 –urządzenie sterujące, 2 – elektromagnetyczny wtryskiwacz roboczy, 3 – przepływomierz powietrza, 4 – czujnik temperatury, 5 – wyłącznik termiczno –

czasowy, 6 – elektromagnetyczny wtryskiwacz rozruchowy, 7 – elektryczna pompa paliwa, 8 – filtr paliwa, 9 – regulator ciśnienia paliwa, 10 – zawór powietrza

dodatkowego, 11 – czujnik położenia przepustnicy, 12 – przekaźnik

Dodatkowe zalety układu są następujące:

• Prostsza budowa układu sterującego, a co za tym idzie większa odporność na zakłócenia,

• Zmniejszenie kosztów wykonania poprzez zastosowanie układów scalonych,

• Możliwość rozbudowania układu o dodatkowe urządzenia do kontroli toksyczności spalin (sonda λ).


333

Układ ten składa się z trzech podstawowych układów współpracujących ze sobą; Układ paliwowy (tak jak w D - Jetronic)

Układ dolotowy powietrza Zasysane powietrze przepływa przez przepływomierz, przepustnicę

i jest kierowane do kolektora dolotowego silnika. W tym rozwiązaniu zastosowano zawór powietrza dodatkowego dla ustalenia prędkości biegu jałowego silnika.

Układ sterowania elektronicznego Elektroniczny układ sterujący przetwarza sygnały z czujników

pomiarowych i na ich podstawie wytwarza sygnały sterujące czasem otwarcia wtryskiwaczy roboczych.

Układ LE – Jetronic W układzie LE – Jetronic niektóre elementy zostały zmodyfikowane.

W układzie LE – Jetronic zastosowano wyłączanie podawania paliwa podczas hamowania silnikiem (sterowane czujnikiem położenia przepustnicy).

Rys. 7.23. Schemat układu wtryskowego LE – Jetronic [5]

1 – wtryskiwacz roboczy, 2 – czujnik temperatury 3 – przepływomierz powietrza, 4 – zawór powietrza dodatkowego, 5 – elektryczna pompa paliwa, 6 – filtr paliwa,

7 – czujnik położenia przepustnicy, 8 – urządzenie sterujące

Z układu usunięto wtryskiwacz rozruchowy, sterowany wyłącznikiem termiczno – czasowym wraz z układem do wzbogacania mieszanki podczas rozruchu. Zastosowano materiały nawojowe o większej


334

rezystancji uzwojeń oraz bardziej precyzyjne sterowanie pozwoliły uzyskać dokładną dawkę paliwa. Rezystancję wtryskiwaczy zwiększono z 2,5Ω do 16,2Ω. Z przepływomierza usunięto zestyk elektrycznej pompy paliwa.

Czujnik temperatury powietrza dolotowego został połączony równolegle z potencjometrem przepływomierza, co umożliwiło zredukowanie liczby przewodów łączących przepływomierz z jednostką sterującą. Zastosowano nowy układ termiczno – czasowy kontrolujący pracę wtryskiwaczy podczas rozruchu.

Do zalet układu LE – Jetronic należy zaliczyć:

• Mniejsze zużycie paliwa (od 3 do 5%),

• Łatwiejsza obsługa,

• Większa niezawodność i trwałość.

Układ LH – Jetronic W układzie LH– Jetronic zastosowano przepływomierz masowy

z termoanemometrem.

Rys. 7.24. Schemat układu wtryskowego LH – Jetronic [5]

1 – przepływomierz powietrza, 2 – zawór powietrza dodatkowego, 3 – filtr paliwa, 4 – czujnik położenia przepustnicy, 5 – regulator ciśnienia paliwa,

6 – urządzenie sterujące, 7 – elektryczna pompa paliwa, 8 – sonda Lambda, 9 – wtryskiwacz, 10 – czujnik temperatury

Elementem charakterystycznym dla zastosowanego przepływomie-rza masowego z gorącym drutem, jest nagrzewany elektrycznie do temperatury około 100ºC drut platynowy (o średnicy ok. 0,07mm). Przepływające powietrze chłodzi drut i jego rezystancja maleje. Natężenie


335

prądu reguluje się w taki sposób, żeby średnia temperatura drutu wynosiła 100ºC.

Natężenie prądu jest, więc miarą przepływającej masy powietrza. W celu dokładniejszego pomiaru masy powietrza stosuje się korekcję, uwzględniającą temperaturę zasysanego powietrza.

Układ Motronic Obecnie układy Jetronic zostały zastąpione przez układy typu

Motronic. System Motronic opracowany przez firmę Bosch jest elektronicznym systemem sterowania silnika. Jest to układ, w którym układ wtrysku paliwa zintegrowany jest z układem zapłonowym, a ponadto „mapa” zapłonów i „mapa” czasu otwarcia wtryskiwaczy, są zapisane w pamięci ROM jako zbiory parametrów regulacyjnych. W układzie zastosowano podobnie jak w układzie L, LE– Jetronic przepływomierz powietrza (z klapą spiętrzającą), czujnik położenia przepustnicy, czujniki temperatury (silnika, powietrza) oraz czujnik położenia wału korbowego (prędkości obrotowej). Urządzenie sterujące wyznacza czas wtryskiwania paliwa i kąt wyprzedzenia zapłonu oraz steruje wtryskiwaczami i cewka zapłonową.

Sygnały analogowe są przetwarzane na postać cyfrową (przetworniki A/C). Po przetworzeniu danych przez sterownik wyznaczany jest optymalny czas otwarcia wtryskiwaczy oraz kąt wyprzedzenia zapłonu. Układ poprzez stopnie mocy uruchamia wtryskiwacze oraz steruje prądem płynącym przez cewkę zapłonową. Zasada doboru czasu otwarcia wtryskiwaczy jest analogiczna jak w układzie Jetronic.

Danymi o stanie pracy silnika są przede wszystkim: obciążenie silnika, prędkość obrotowa i aktualna temperatura. Są one mierzone za pomocą przepływomierza powietrza, czujnika prędkości obrotowej i czujnika temperatury silnika.

Zalety układu:

• Motronic umożliwia dokładniejsze i stabilniejsze w czasie sterowanie ilością wtryskiwanego paliwa oraz optymalizację chwili zapłonu w zależności do aktualnych warunków pracy silnika,

• Dane zaprogramowane cyfrowo w pamięci stałej mikrokomputera nie zmieniają się przez cały okres użytkowania i mogą być przeprogramo-wane dla innych silników,

• Mniejsza liczba czujników,

• Niższy koszt układu Motronic w stosunku od dwóch oddzielnych układów wtrysku benzyny i układu zapłonowego.


336

Istnieją również inne układy wtrysku paliwa. Wiele firm dysponuje własnymi systemami sterowania pracą silnika. Na przykład firma Mitsubishi jako jedna z pierwszych opracowała układ bezpośredniego wtrysku paliwa do silnika o zapłonie iskrowym (GDI). Na rynku europejskim bardzo powszechnie stosowane są układy sterujące pracą silnika firmy Bosch.

Rys. 7.25. Schemat systemu Motronic [5]

1 – elektryczna pompa paliwa, 2 – filtr paliwa, 3 – regulator ciśnienia paliwa, 4 – wtryskiwacz rozruchowy, 5 – wtryskiwacz roboczy, 6 – rozdzielacz wysokiego

napięcia, 7 – cewka zapłonowa, 8 – wyłącznik termiczno – czasowy, 9 – czujnik temperatury silnika, 10 – wieniec zębaty, 11 – czujnik prędkości obrotowej,

12 – czujnik położenia przepustnicy, 13 – elektroniczne urządzenie sterujące, 14 – wyłącznik zapłonu, 15 – czujnik położenia przepustnicy, 16 – przepływomierz

powietrza, 17 – zawór powietrza dodatkowego


337

7.2.2. Czujniki i aktuatory stosowane w układach wtryskowych

Zadaniem układów wtryskowych paliwa jest odpowiedni dobór składu mieszanki paliwowo-powietrznej tak, aby praca silnika była możliwie najbardziej korzystna z punktu widzenia środowiska naturalnego i dynamiki silnika.

Ilość wtryskiwanego paliwa (czas otwarcia wtryskiwacza przy stałym ciśnieniu) jest dobierana na podstawie informacji pochodzących z następujących czujników:

1. Czujnika położenia przepustnicy (kąt otwarcia),

2. Przepływomierza (ilość pobieranego powietrza),

3. Czujnika prędkości wału korbowego (prędkość obrotowa),

4. Czujnika temperatury powierza dolotowego (temperatura powietrza),

5. Czujnika temperatury silnika (temperatura silnika),

6. Układu pomiaru napięcia (korekcja napięcia zasilania),

7. Sondy Lambda (czujnik zawartości tlenu w spalinach).

Czujnik położenia wału korbowego W układach firmy Bosch najczęściej stosowanym czujnikiem

położenia wału jest czujnik hallotronowy, często jest on umieszczony w aparacie zapłonowym [ ].

Czujnik hallotronowy generuje impulsy o przebiegu prostokątnym, które są doprowadzane do jednostki sterującej.

Czujnik położenia przepustnicy Za pomocą przepustnicy reguluje się dopływem powietrza do silnika.

Kąt otwarcia αp przepustnicy przetwarzany jest w układzie potencjome-trycznym na napięcie Up. Sygnały napięciowe są doprowadzane do układu sterującego. Na podstawie tych sygnałów układ sterowania uwzględnia korekcje dawki paliwa np. podczas wyprzedzania (szybka zmiana położenia przepustnicy).

Zmiana rezystancji czujnika wynosi od 0 do 4kΩ (LE - Jetronic). Wyróżnia się trzy podstawowe stany otwarcia przepustnicy:

• Stan pełnego obciążenia (45º ÷ 90º),

• Stan częściowego obciążenia (0º ÷ 45º),

• Bieg jałowy (0º).


338

Czujnik temperatury silnika Temperatura silnika jest mierzona za pomocą termistora typu NTC.

Termistor NTC jest elementem półprzewodnikowym o nieliniowej charakterystyce. Zmiana temperatury powoduje zmianę natężenia prądu w obwodzie, który jest wykorzystywany jako wielkość regulacyjna. Charakterystykę czujnika (LE - Jetronic) w funkcji temperatury przedstawiono na rysunku 7.26.

Rys. 7.26. Zależność rezystancji czujnika od temperatury cieczy chłodzącej [2]

Czujnik temperatury powietrza W czujniku temperatury powietrza wykorzystano termistor typu NTC.

Zakres pomiarowy czujnika obejmuje temperatury od –40ºC do 60ºC. Charakterystykę czujnika (LE - Jetronic) w funkcji temperatury pokazano na rysunku 7.27.

Rys. 7.27. Charakterystyka czujnika do pomiaru temperatury powietrza [2]

0

10

20

30

40

0 20 40 60 80 100 120

R [

k ohm

]

Ts [ C]

0

200

400

600

800

-40 -20 0 20 40 60

R [

ohm

]

Tpow [ C]

Makzaleprędwyłąiloś

dziarówprzezajmprzenap

rezyrezywyjśzas

7. UKŁA

PrzepływomPrzepływom

ksymalna ilośćeżna od pojemdkość obrotoączenie wtryskć przepływając

Qp

PrzepływoSiła wytwo

ała na ruchownoważona za epływu powiemuje określoetwarzany jes

pięcie Us. Napię

Rys. 7.28.1 – wkręt regul

3 – czujnik teelektryc

Układ poteystorów o dużystancji. Dziękściowe Us jysanego powie

ADY ELEKTRO

mierz objętośmierz powietrzć zasysanego mności silnika owa osiągniekiwaczy. Dla scego powietrza

nQ

mscc

maxpow 2⋅=

omierz z klapąrzona wynikumą klapę sppomocą siły

etrza obie te ne położeniest w układzięcie to steruje

Budowa przepłyacji składu miesmperatury powieznych, 5 – komo

encjometrycznyych rezystancjki takiej budowjest odwrotnietrza.

NICZNE W POJ

ściowy powieta mierzy objępowietrza Qpowi maksymalne wartość msilnika o pojema można wyzn

md(nV

maxsmax 2⋅=

ą spiętrzającąu przepływającpiętrzającą prz

sprężyny zwrsiły równowa

e kątowe. Kie potencjompracą układu

ywomierza objętoszanki biegu jałoetrza, 4 – potenc

ora tłumiąca, 6 –

y składa się cjach, zbocznikwie układu poie proporcjon

JAZDACH SAM

trza zasilająceętość zasysanwmax w silniku sej prędkości o

maksymalną nmności V (dm3

aczyć:

)mindm3

ą cego strumienzepływomierzarotnej. Przy stażą się i klapKąt otwarcia etrycznym prwtryskowego.

ościowego powi

owego, 2 – klapa cjometr z układemklapa kompensa

z szeregowkowanych rezyotencjometrycznalne do ilo

MOCHODOWYC

33

ego nego powietrzspalinowym jebrotowej. Jeże

nsmax następuj3 ) maksymaln

(7.3

niem powietrza. Siła ta jetałym natężenpa spiętrzającαQ przesłon

rzetwornika n

ietrza [9] spiętrzająca, m połączeń acyjna

wo połączonycystorem o małznego, napięcości (objętośc

CH

39

a. st eli je

na

3)

za st iu ca ny na

ch łej cie ci)

7. U

340

Ryprz

a –

uchwtryprzeilośpotepropD2

nag0.07temzwięNat

UKŁADY ELEKT

ys. 7.29. Wykreszesłony spiętrzaj

– kąt uchylenia kc – wyz

d – wyznaczon

Zależności hylenia klapy syskiwanego pez przepływomć wtryskiwaneencjometr, wyporcjonalny dookreśla ilość z

PrzepływoElementem

grzewany do te7mm. Kiedy

mperatura zacększony tak, atężenie prądu j

TRONICZNE W

s zależności międącej, napięciem

dklapy spiętrzającznaczona dawka a teoretycznie d

między objpiętrzającej, n

paliwa przedstmierz natężeniego paliwa (puysyła do urzo położenia kązassanego pow

omierz masownajbardziej c

emperatury okzasysane po

czyna spadaćaby przeciętnajest, więc miar

POJAZDACH S

dzy ilością zasysna potencjomet

dawki paliwa [6]cej α, b – napięc

paliwa Ve przez awka paliwa QL

jętością zasyapięciem na wtawiono na ryia przepływu punkt D1). Uruządzenia sterątowego klapy wietrza.

wy z termoanecharakterystyckoło 1000C druowietrze chłoć, wtedy ogra temperaturarą zasysanej m

SAMOCHODOW

sanego powietrztrze oraz wielkoś

ie na wyjściu pourządzenie steruz ilości zassane

ysanego powwyjściu potencjysunku 7.29. powietrza wynuchamiany klarującego sygnspiętrzającej (

emometrem znym tego ro

ut platynowy oodzi drut plarzewający goa osiągnęła pomasy powietrza

WYCH

za, kątem obrotu ścią wtryskiwane

otencjometru Us,ujące go powietrza

wietrza, kątejometru i iloścZ określoneg

nika teoretycznpą spiętrzającnał napięciow(punkt C). Pun

ozwiązania, jeo średnicy okotynowy i jeg prąd zastajonownie 1000Ca.

ej

,

m cią go na cą wy kt

st ło

go je C.

robozapmożodpdawz czprędrów

dodw zzawtemtemwyk

wtryczewtrypieztycz

7. UKŁA

Rys. 7.30. Bud1 – podzespół z

RegulatorPo uruchom

oczych, silnikpewnienia w tżliwie bliskiejpowiednio bogwkę paliwa wzujników tempdkości biegu

wnoległym do gZastosowan

datkowego poależności od

wór jest otwarmperatury silnimperatury prakorzystuje się b

WtryskiwaW układac

yskiwaczy. Naj elektromagneyskiwacze piezoelektryka. Tznych wynoszą

ADY ELEKTRO

dowa przepływomz gorącym drute

3 – siatka

r prędkości bimieniu zimnegk pracuje przytym okresie rój prędkości gatszą mieszawyznacza jednperatury. Doda

jałowego, stgłównego koleknie regulowanowietrza zapew

temperatury rty umożliwiająka zawór jes

acy zamykanybardzo często

acze ch wtryskowyajczęściej stosoetyczne. W n

ezoelektryczneypowe rezystaą około 16 Ω.

NICZNE W POJ

mierza masowegem, 2 – rezystor d

ochronna, 4 – o

iegu jałowegogo silnika, aży zwiększonyównomiernej biegu jałowe

ankę paliwowonostka sterująatkowe ilości perujący przepktora z przepusnego zaworu,wnia precyzyjsilnika. Kiedyąc przepływ t stopniowo zy całkowicie.silniki krokowe

ch silnik otrzowanym typemnajnowszych re, z elementeancje uzwojeń

JAZDACH SAM

go z termoanemodo kompensacji budowa

o ż do osiągnięych oporach pracy silnika ego, silnik mo – powietrznąca na podstapowietrza zapepływem powiestnicą. , który sterujjny dobór skły silnik jest zpowietrza. W zamykany, a Do sterowe [10].

zymuje paliwm wtryskiwaczrozwiązaniach em wykonawcń wtryskiwaczy

MOCHODOWYC

34

ometrem [5] temperatury,

ęcia temperatutarcia. W ceprzy prędkoś

musi otrzymaną. Zwiększonawie informacewnia regulato

etrza w kana

je przepływeładu mieszan

zimny wówczamiarę wzrostpo osiągnięc

wanie zawore

wo za pomoczy są wtryskiwa

stosowane szym w posta

y elektromagne

CH

41

ur lu ści ać ną cji or le

m nki as tu

ciu m

cą a-są aci e-


342

Rys. 7.31. Budowa elektromagnetycznego wtryskiwacza [6]

1 – iglica wtryskiwacza, 2 – rdzeń elektromagnesu, 3 – cewka elektromagnesu, 4 – złącze elektryczne, 5 – filtr dokładnego oczyszczania

Paliwo przepływa najpierw przez filtr, a następnie przez otwór w korpusie oraz w rdzeniu magnetycznym i dopływa do kalibrowanego otworu wylotowego. Otwór ten w położeniu spoczynkowym jest zamknięty iglicą dociskaną do gniazda za pomocą sprężyny. W wyniku impulsu prądowego (z urządzenia sterującego) wytwarza się w cewce elektromagnesu pole magnetyczne, które pokonując siłę sprężyny podnosi rdzeń wraz z iglicą wtryskiwacza. Skok iglicy wtryskiwacza wynosi około 0,15 ± 0,05mm.

Regulator ciśnienia w układzie wtryskowym Ciśnienie wtryskiwanego paliwa powinno mieć stałą wartość,

ponieważ wahania ciśnienia wywołują zmiany składu mieszanki paliwowo – powietrznej. Regulacja ciśnienia w układzie wtryskowym odbywa się za pomocą przeponowego zaworu regulacyjnego.

7.2.3. Diagnostyka układów wtryskowych paliwa

Ustalonymi określamy stany, przy których obciążenie lub prędkość obrotowa silnika są stałe. Zmiana stanu pracy silnika następuje np. wskutek ruchu pedału gazu. Rozpoznawane są trzy podstawowe stany: bieg jałowy, częściowe obciążenie, całkowite obciążenie [3].

Bieg jałowy - Jeśli prędkość obrotowa utrzymuje się poniżej poziomu odłączenia i przepustnica jest całkowicie zamknięta, to długość trwania wtrysku zależna jest od jednej charakterystycznej krzywej (zależnej jedynie od prędkości obrotowej silnika).

Częściowe obciążenie dotyczy stanu, gdy kąt otwarcia przepustnicy zawiera się między 00 a 450. Sygnał w takiej sytuacji składa się z sygnału podstawowego i sygnału korygującego, które określane są z charaktery-styki zależnej od prędkości obrotowej i obciążenia.

Pełne obciążenie odpowiada otwarciu przepustnicy w zakresie od 450 do 900 brana pod uwagę jest charakterystyka pełnego obciążenia.


343

Określa ona współczynnik pełnego obciążenia, tylko w zależności od prędkości obrotowej silnika. Dawka paliwa nastawiona jest na najwięk-szą możliwą moc silnika.

Po włączeniu zapłonu i uruchomieniu rozrusznika, uruchamiany jest program startu (program pracuje tak długo aż zostanie przekroczony poziom prędkości obrotowej zależny od temperatury silnika). Jeżeli prędkość obrotowa silnika zmniejszy się poniżej tego poziomu, to ponow-nie zostaje uruchomiony program startu.

Czas otwarcia wtryskiwaczy jest zależny od: temperatury cieczy chłodzącej, prędkości obrotowej silnika.

Podczas całego procesu rozruchu sygnał z przepływomierza nie jest uwzględniany.

Po zakończeniu programu startowego czas trwania wtrysku przedłużany jest o czas, którego wielkość zależna jest od temperatury silnika i czasu. Wartość czasu trwania impulsu jest zaprogramowana w pamięci.

Podczas fazy rozgrzewania silnika ilość wtryskiwanego paliwa jest zwiększana, aby wyrównać straty kondensacji. Wzbogacenie następuje w zależności od temperatury silnika i dodatkowo jeszcze od obciążenia i prędkości obrotowej.

Podczas przyśpieszania następuje również wzbogacanie mieszanki. Proces przyśpieszania jest rozpoznawany jako szybkość zmian napięcia sygnału przepływomierza masowego powietrza w czasie oraz szybkości zmian położenia przepustnicy.

Dodatkowa ilość paliwa przy przyśpieszaniu obliczana jest według: temperatury silnika, prędkości obrotowej, obciążenia, zmian sygnału z przepływomierza, Podczas hamowania silnikiem wtryskiwanie paliwa jest odłączane. Warunkami koniecznymi są: zamkniecie przepustnicy, temperatura zasysanego powietrza jest większa od zaprogramowanej wartości krańcowej.

Próg prędkości obrotowej silnika dla ponownego załączenia zależy od kilku warunków: wartości progowej sygnału obciążenia, przepustnica powinna być uchylona, temperatury silnika,

Wszystkie nowoczesne układy sterujące mają możliwość przeprowadzenia autodiagnostyki, czyli sprawdzenia poprawności działania sterownika jak i urządzeń peryferyjnych układu wtryskowego takich jak: czujnik temperatury powietrza, czujnik temperatury silnika, sonda lambda, czujnik położenia przepustnicy, przepływomierz powietrza, czujnik położenia wału korbowego [15].

Układ diagnostyczny samoczynnie sprawdza wszystkie elementy układu wtryskowego. Wykryte usterki są zapamiętywane w pamięci diagnostycznej. Po podłączeniu do gniazda diagnostycznego, można odczytać informacje o nieprawidłowościach i na tej podstawie usunąć uszkodzenia. Występujące uszkodzenia, bądź ich brak, sterownik podaje


344

w postaci kodu błyskowego (migowego) poprzez gniazdo diagnostyczne. Specjalistyczne urządzenia są wyposażone w wyświetlacze określające bezpośrednio usterkę (poprzez wyświetlenie pełnej nazwy) bądź numer usterki. Dioda LED świeci podczas trwania sygnału wysokiego, a gaśnie po zmianie na sygnał niski. Przedstawiony powyżej przebieg jest oznaczony jako 12 i oznacza w danym typie silnika, że przepływomierz powietrza z klapą spiętrzającą jest uszkodzony lub nie ma połączenia elektrycznego.

Rys. 7.32. Przykładowy przebieg sygnału błyskowego oznaczony nr 57 [2]

Poniżej przedstawiono przykładowo sześć pierwszych kodów usterek w systemie autodiagnostyki według firmy Motorcraft:

10 – Kod polecenia – test połączeń elektrycznych przewodów (złącz),

11 – Wszystkie układy działają poprawnie,

12 – Przepływomierz powietrza z uchyloną klapą 1 (VAF – 1) – uszko-dzony lub brak połączenia,

13 – Czujnik temperatury płynu chłodzącego silnika (ECT) – uszkodzony lub brak połączenia,

14 – Czujnik temperatury powietrza (VAT) lub (ACT) – uszkodzony lub brak połączenia,

15 – Czujnik położenia przepustnicy (TPS) – uszkodzony lub brak połączenia.

Ze względu na coraz większą ilość elementów układów wtryskowych i zapłonowych, jak również na elektroniczne sterowanie innych podzespołów pojazdu, obecnie stosuje się kody trzycyfrowe. Autodiagnostyce mogą podlegać takie podzespoły jak: skrzynie automatyczne, systemy klimatyzacji czy systemy ABS, ASR. Umożliwia to kompleksową diagnostykę całego pojazdu [15].


345

7.3. Systemy ogrzewania i klimatyzacji

Systemy ogrzewania pozwalają na regulację temperatury w kabinie pojazdu umożliwiając kierowcy prowadzenie pojazdu w różnych warunkach klimatycznych. Zastosowanie systemów klimatyzacji pozwalających na regulację i stabilizacje temperatury, wilgotności we wnętrzu pojazdu ogranicza zmęczenie kierowcy i poprawia komfort podróżowania. Zakłada się, że najkorzystniejszy zakres temperatury powinien wynosić 18º - 20ºC, wilgotności względnej powietrza 40 - 60% przy prędkości przepływu powietrza 0,1- 0,2 m/s .

Konstrukcję typowego układu ogrzewania i regulacji temperatury pokazano na rysunku 7.33. Zimne powietrze kierowane jest za pomocą dmuchawy na wymiennik ciepła. Na podstawie zmierzonych temperatur: zewnętrznej i wewnętrznej oraz ustawionych parametrów regulacji (założona temperatura powietrza oraz jego przepływ) układ sterownia zmienia położenie zaworu w układzie wymiennika ciepła.

W zależności od stopnia złożoności systemu, regulacja może być jedno-, dwu- (lub więcej) strefowa. Oznacza to, że układ sterowania może regulować temperaturę powietrza i jego przepływ w wyznaczonych obszarach kabiny (np. strefa kierowcy, pasażerów). W zależności od wymagań regulacyjnych, system może być rozbudowany o dodatkowe czujniki np. pomiaru temperatury wody w obiegu chłodzenia.

Schemat blokowy układu regulacji przedstawiono na rysunku 7.34. Mierzona jest temperatura powietrza zewnętrznego, w kabinie oraz na wyjściu wymiennika ciepła.

Podstawowym elementem wykonawczym jest zawór regulujący przepływ wody poprzez wymiennik ciepła, najczęściej stosowane są elektromagnetyczne zawory. Czujnikami stosowanymi do pomiaru temperatury są najczęściej termistory.

Rys. 7.33. Układ regulacji temperatury w kabinie pojazdu [17]

1,3- czujniki temperatury, 2- regulacja temperatury, 4- zawór elektromagnetyczny, 5- wymiennik ciepła


346

Rys. 7.34. Schemat blokowy układu regulacji temperatury [11,17]

Systemy klimatyzacji w porównaniu do układów ogrzewania są znacznie bardziej złożone. Układ ogrzewania i regulacji temperatury został rozbudowany o układ chłodzenia. W układach ogrzewania wykorzystywano obieg chłodzenia silnika, natomiast układ chłodzenia wymaga zastosowania oddzielnego obiegu z wymiennikiem ciepła. Schemat systemu klimatyzacji pokazano na rysunku 7.35.

W układzie chłodzenia zastosowano sprężarkę, która jest uruchamiana poprzez sprzęgło elektromagnetyczne sterowane z układu regulacji. Mierzone są temperatury: powietrza zewnętrznego (czujnik 8), powietrza na wyjściu z wymiennika ciepła (czujnik 7), powietrza w kabinie (czujnik 6). Do regulacji wilgotności zastosowano parownik ze sterownym przepływem powietrza za pomocą dmuchawy (silnik 1). Przepływ powietrza do kabiny regulowany jest za pomocą klap nawiewu oraz dmuchawy (silnik 2) w wymienniku ciepła. Proces regulacji temperatury i wilgotności powietrza może być rozbudowany o jonizator (wytwarzanie jonów ujemnych w powietrzu). Automatyczna regulacja temperatury i wilgotności powietrza jest zagadnieniem skomplikowanym. Temperatura odczuwana przez człowieka jest zależna od temperatury powietrza, jego wilgotności oraz natężenia promieniowania słonecznego (stopnia nasłonecznienia).


347

Rys. 7.35. System klimatyzacji w kabinie pojazdu [17] 1, 2- silniki wentylatorów, 3- zbiornik cieczy, 4- sprężarka , 5- sprzęgło

elektromagnetyczne 6, 7, 8- czujniki temperatury, 9- czujnik wilgotności powietrza, 10- czujnik natężenia promieniowania słonecznego

7.4. Systemy alarmowe i monitorujące

Systemy zabezpieczeń pojazdów przed kradzieżą są obecnie bardzo rozbudowane. Systemy te składają się z układów blokujących uruchomienie silnika i samochodu oraz układów aktywnych, których zadaniem jest włączenie alarmu oraz powiadamianie służb monitorujących. Układy zabezpieczające blokują pracę najczęściej takich obwodów jak: obwód rozruchu, obwód zapłonowy, układ wtryskowy. Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych elektronicznych urządzeń zabezpieczających, mogą być one uruchamiane również bez przewodowo. Stosuje się także klucze elektroniczne zabezpieczane kodami cyfrowymi. Takie systemy zabezpieczeń elektronicznych często uzupełniane są układami zabezpieczeń mechanicznych np. blokady skrzyni biegów. Dodatkowym zabezpieczeniem są systemy alarmowe. Najczęściej stosowne są dwa rodzaje układów: z przetwornikami działającymi na podczerwień oraz wykorzystującymi ultradźwięki. W obu systemach stosowane są nadajniki emitujące promieniowanie podczerwone (diody LED) lub fale ultradźwię-kowe (przetworniki piezoelektryczne). Generowane fale rozchodzą się wewnątrz pojazdu i trafiają do odbiornika. W najprostszym układzie


348

nadajnik i odbiornik są umieszczone w jednym miejscu. Nadajnik wysyła impulsy, które trafiają do odbiornika. Zmiana (np. zablokowanie wiązki) rozchodzenia się wiązki fal wewnątrz kabiny jest wykrywana w odbiorniku i uruchamia alarm.

Konstrukcję piezoelektrycznego nadajnika i odbiornika ultradźwię-kowego przedstawiono na rysunku 7.36. Elementem aktywnym jest piezo-elektryk w postaci krążka z ceramiki typu PZT z dwoma elektrodami [13].

Rys. 7.36. Konstrukcja nadajnika i odbiornika piezoelektrycznego w układzie

alarmowym [9]

Układy alarmowe są często wyposażone w dodatkowe czujniki takie, które mogą wykrywać drgania nadwozia (poruszenia) wywołane np. naciśnięciem klamki.

Przedstawione rozwiązania dotyczą monitorowania nie poruszającego się pojazdu. Najnowsze systemy zabezpieczeń umożliwiają monitorowanie pojazdu będącego w ruchu. W układach tych stosuje się satelitarny system GPS pozwalający ustalić aktualne położenie samochodu.

7.5. Systemy kontrolno-pomiarowe

Urządzenia kontrolno-pomiarowe mogą pracować niezależnie od siebie (działać autonomicznie) lub w systemach komputerowych. W pierwszym przypadku każdy z czujników jest połączony ze wskaźnikiem lub miernikiem służącym do pomiaru danej wielkości. W systemach pomiarowych sygnały z czujników i przetworników są przetwarzane na postać cyfrową w przetwornikach analogowo-cyfrowych i następnie mikrokomputer wykonuje potrzebne obliczenia. Wyniki są wyświetlane na wskaźnikach cyfrowych. Mogą być stosowane również wskaźniki analogowe oraz wyświetlacze alfa-numeryczne symulujące pracę wskaźników analogowych.


349

Zaletą takiego rozwiązania są jego większe możliwości wizualizacji wyników (postać cyfrowa i analogowa), większa dokładność pomiarów oraz możliwość realizacji dodatkowych pomiarów (np. średnia prędkość pojazdu na danym odcinku drogi, średnie zużycie paliwa).

Urządzenia kontrolno-pomiarowe można podzielić pod względem przeznaczenia na następujące grupy:

1. przyrządy do kontroli i pomiarów urządzeń i obwodów elektrycznych, elektronicznych takich jak układy zasilania, obwody oświetlenia i sygnalizacji,

2. przyrządy do kontroli i pomiarów parametrów pracy silnika takich jak ciśnienie w układzie smarowania, temperatura w układzie chłodzenia, prędkość obrotowa, poziom paliwa, zużycie paliwa, poprawność działania mikrokomputerowych układów zapłonowych i wtryskowych,

3. przyrządy do kontroli i pomiarów parametrów ruchu pojazdu takich jak prędkość, długość przebytej drogi,

4. przyrządy do kontroli i pomiarów parametrów urządzeń związanych z bezpieczeństwem ruchu takich jak stan klocków hamulcowych, poziom płynu hamulcowego, ciśnienie powietrza w oponach, temperatura i wilgotność powietrza (zagrożenie gołoledzią), poprawność działania układów ABS, EBS.

Typowe układy kontrolno-pomiarowe składają się z czujnika mierzącego dany parametr oraz wskaźnika ewentualnie lampki kontrolnej sygnalizującej stan awaryjny (w przypadku układu kontrolnego). W większości autonomicznych układów pomiarowych stosowane są podobne czujniki i wskaźniki do pomiaru tego samego parametru .

Podstawowe układy przeznaczone do:

1. pomiaru objętości (poziomu) paliwa w zbiorniku,

2. pomiaru ciśnienia oleju,

3. pomiaru temperatury cieczy chłodzącej,

4. pomiaru prędkości liniowej pojazdu,

5. pomiaru prędkości obrotowej silnika.

W klasycznych układach do pomiaru poziomu paliwa stosuje się najczęściej czujniki potencjometryczne, których rezystancja zależy od położenia pływaka umieszczonego w zbiorniku paliwa. Pływak sprzężo-ny jest mechanicznie z suwakiem potencjometru. Wadą tych czujników jest ich wrażliwość na chwilowe zmiany poziomu wywołane ruchem pojazdu. Stosowanie tłumików drgań ogranicza to zjawisko.

Czujnik potencjometryczny współpracuje najczęściej ze wskaźnikiem elektromagnetycznym. Na rysunku 7.38 pokazano schemat elektryczny

7. U

350

elekpodnympier

1- re

struzówneg

prądpowDla skojwytww dilorana dskra

UKŁADY ELEKT

ktromagnetyczdłączony czujnm karkasie, którwszą cewką.

Rys. 7ezystor z ruchom

Przepływająumień magnetwką będzie usgo.

Rys. 7.38. S

Jeżeli rezysd w obwodzie

woduje, że wsmaksymalne

jarzony z piworzony strumdrugim skrajnazowego (logodokładność poajne położenie

TRONICZNE W

znego wskaźnik rezystancyj

óry umieszczon

7.37. Potencjomemym ślizgaczem

ący prąd przeyczny. Rucho

stawiał się zgo

chemat elektrom

stancja czujnikae pierwszej c

skazówka zajmej wartości rez

erwszą cewkmień magnetycym położeniu

ometru) pozwaomiaru. Po wyłe (0 na skali)

POJAZDACH S

nika ilorazoweny. Druga cewny jest prostop

etryczny czujnik, 2- styki w obwo

ez cewki wskaomy magnes todnie z kierun

magnetycznego w

a jest mała, tocewki. Wypadmuje określonezystancji czuj

ką jest minimczny powoduje

u na skali. Zaala zmniejszyćłączeniu zasilapod wpływem

SAMOCHODOW

go. Do jednewka nawinięta padle w stosun

k poziomu paliwaodzie lampki kon

aźnika wytwartrwałym połącnkiem strumie

wskaźnika iloraz

o wówczas płynkowy strumiee skrajne połonika, strumień

malny. Dla tee, że wskazówastosowanie wć wpływ napięcania wskazówkm działania sił

WYCH

ej z cewek jejest na oddzieku do karkasu

a [2] ntrolnej, 3- pływa

rza wypadkowczony ze wskania magnetycz

zowego [2]

nie maksymalnń magnetycznożenie na skań magnetycznego przypadkwka ustawia swskaźnika typcia zasilającegka zajmuje lew

grawitacyjnyc

st el- z

ak

wy a-z-

ny ny ali. ny ku ię

pu go we ch


351

(moment zwrotny). W niektórych rozwiązaniach stosuje się czujniki pojemnościowe,

w których wykorzystuje się paliwo jako dielektryk umieszczony pomiędzy okładkami kondensatora. Zmiana poziomu paliwa powoduje zmianę pojemności czujnika. Innym rozwiązaniem są czujniki elektrotermiczne, w których wykorzystuje się paliwo jako ciecz chłodzącą podgrzewany termistor. Zmiana poziomu paliwa powoduje zmianę stopnia chłodzenia czujnika termistorowego, a więc zmianę jego rezystancji. Wyeliminowanie wpływu temperatury otoczenia realizuje się wprowadzając termistor kompensacyjny.

Na podobnej zasadzie pracuje układ do pomiaru temperatury cieczy chłodzącej. Czujnikiem jest termistor NTC umieszczony w metalowej obudowie, która umieszczona jest w obiegu cieczy chłodzącej. Zmiana temperatury powoduje zmianę rezystancji czujnika. Charakterystyka rezystancji termistora w funkcji temperatury jest nieliniowa i malejąca. Dla niskich temperatur rezystancja termistora jest duża i maleje ze wzrostem temperatury. Zaletą termistora jako czujnika jest jego duża czułość (duży współczynnik termicznych zmian rezystancji), natomiast wadą nieliniowa charakterystyka. Czujnik współpracuje z ilorazowym wskaźnikiem elektromagnetycznym.

W układach do pomiaru ciśnienia oleju w silniku wykorzystuje się często membranowe czujniki krzemowe z piezorezystorami [13]. Taki czujnik jest zintegrowany z układem wzmacniającym. Zamiast pomiaru ciśnienia w wielu rozwiązaniach stosuje się tylko lampkę kontrolną sygnalizującą zbyt niskie ciśnienie.

W pojazdach z silnikami spalinowymi wykorzystuje się różne metody pomiaru prędkości obrotowej. Najczęściej wykorzystuje się zależność częstotliwości impulsów w układzie zapłonowym lub częstotliwość prądu przemiennego wytwarzanego w alternatorze. W silnikach z zapłonem iskrowym sygnał z układu zapłonowego o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej przekształca się w ciąg impulsów prostokątnych o stałej amplitudzie i czasie trwania. Na rysunku 7.39 (konwencjonalny układ zapłonowy) pokazano schemat blokowy obrotomierza z zastosowa-niem sterujących impulsów zapłonowych. Impulsami sterującymi mogą być impulsy z obwodu pierwotnego lub wtórnego (wysokiego napięcia) cewki zapłonowej.

Stosowane są również sondy o sprzężeniu pojemnościowym lub indukcyjnym (obwód wtórny). Impulsy doprowadzane są do układu wyzwalania, w którym następuje proces formowania sygnałów (ograniczenie amplitudy). Tak uformowany sygnał steruje pracą przerzutnika monostabilnego. Na wyjściu przerzutnika znajduje się obwód całkujący, w którym uśredniane są impulsy wyjściowe. Średnia wartość impulsów mierzona jest za pomocą miliamperomierza prądu stałego.


352

Rys. 7.39. Schemat układu do pomiaru prędkości obrotowej silnika z zapłonem iskrowym [9]

Cz- cewka zapłonowa, P- przerywacz, UW- układ wyzwalania, PM- przerzutnik

Do pomiaru prędkości liniowej samochodu może być stosowanych kilka metod. Jedną z najprostszych i jednocześnie najstarszą metodą jest pomiaru prędkości pojazdu z zastosowaniem prądów wirowych powstających w wyniku wirującego magnesu. Magnes trwały napędzany jest wałkiem giętkim wyprowadzonym ze skrzyni biegów. Obracający się magnes wytwarza wirujące pole magnetyczne, które indukuje w aluminio-wym cylindrze siłę elektromotoryczną SEM. Wskutek wzajemnego oddziaływania pola magnetycznego magnesu i pola magnetycznego prądów wirowych, powstaje moment napędowy usiłujący obrócić aluminiowy cylinder wraz ze wskazówką.

W nowszych rozwiązaniach stosuje się magnetoindukcyjne lub hallotronowe czujniki umieszczone na wyjściu skrzyni biegów. Częstotliwościowy sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do prędkości obrotowej wału napędowego.

Obecnie pojazdy samochodowe wyposażone są w wiele różnych czujników pozwalających kontrolować pracę układów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo, komfort podróżowania. Kontrola układu hamulcowego obejmuje m.in. stan okładzin hamulcowych, poziom płynu, ciśnienia w obwodzie hydraulicznym, ciśnienia w oponach, stan hamulca ręcznego.

7.5.1. Sieci i interfejsy pomiarowe czujników i przetworników

Na początku lat 90 w pojazdach samochodowych zaczęto montować coraz więcej skomplikowanych układów elektronicznych. Zwiększanie liczby układów spowodowało znacznie zwiększenie ilość złączy oraz przewodów łączących, a więc zwiększenie wagi pojazdu oraz kosztów produkcji. Pojawiły się także problemy z niezawodnością pracy urządzeń.

Po raz pierwszy w samochodzie produkowanym seryjnie magistrala

UW

CZ+Uz

+Uz

P mAPM


353

CAN pojawiła się 1992 roku. Obecnie magistrale CAN mają zastosowanie w większości produkowanych samochodów. Służy ona do komunikowania się wielu sterowników, również odpowiedzialnych za bezpieczeństwo jazdy, pracę silnika czy diagnostykę EOBD.

Magistralę CAN dzieli się na dwa standardy zgodne z normą ISO [16]:

− ISO 11898 – przeznaczony do zastosowań o wymaganej dużej szybkości transmisji, do 1 Mb/s,

− ISO 11519– transmisja do 125 kb/s, dla wolniejszych aplikacji.

Dla potrzeb przemysłu motoryzacyjnego stosowany jest podział wyróżniający cztery klasy. Różnią się one szybkością przesyłania informacji i podłączonymi do niej urządzeniami [16]:

• klasa A – komunikacja urządzeń elektronicznych <10 kb/s,

• klasa B – urządzenia wymagające szybszej transmisji 40 kb/s,

• klasa C – wymagany transfer danych w czasie rzeczywistym (sterowanie silnika, sterowanie skrzynią biegów, układy ABS, ESP itp.) 250 kb/s –1 Mb/s,

• klasa D – przesyłanie dużej ilości danych (komunikacja multimedialna),

• 100 kb/s – 10 Mb/s.

Podstawowe rodzaje magistral w sieci CAN: szeregowa (liniowa), gwiaździsta, pierścieniowa (nie stosowana obecnie w samochodach).

Szeregowa struktura zapewnia podłączenie bardzo dużej liczby węzłów (standardowo 32, w wersjach specjalnych 128).

W danej chwili informację może wysyłać tylko jeden węzeł sieci, ale odbierać ją mogą wszystkie węzły. Zaletą struktury szeregowej jest jej duża niezawodność, ponieważ uszkodzenie jednego sterownika umożliwia wysyłanie i odbieranie komunikatów pomiędzy pozostałymi urządzeniami.

W strukturze gwiaździstej jednostka centralna jest silnie obciążona, a przez to najbardziej narażona na awarie. W przypadku jej uszkodzenia transmisja danych jest zablokowana.

Sterowniki obsługujące magistrale CAN składają się z mikroproce-sora przetwarzającego przesyłane dane, kontrolera CAN oraz układu nadawczo – odbiorczego. Te dwa układy (kontroler i transceiver) odpowie-dzialne są za formowanie komunikatów do właściwej postaci oraz proces komunikacji z magistralą.

Magistralę stanowią najczęściej dwa przewody tworzące tzw. „skrętkę”. Sygnały pojawiające w tych przewodach to bity o wartości logicznej „1” (high level) i bity o wartości logicznej „0” (low level). Sygnały przesyłane w „skrętce” są przeciwsobne, to oznacza, że jeśli w jednym


354

przewodzie występuje stan wysoki, to w drugim jest niski. Powoduje to zmniejszenie wpływu zewnętrznych pól elektroma-

gnetycznych mogących powodować zakłócenia. Całość magistrali zakończona jest po obu stronach linii „terminatorem”. Jest to opornik umożliwiający impedancyjne dopasowanie magistrali. Typowa wartość rezystancji wynosi ok. 120 Ω i jest zależna od długości magistrali.

Obecność kilku urządzeń w sieci, które mogą jednocześnie wysyłać dane mogłoby spowodować kolizję. Istnieje kilka metod dostępu do sieci. W sieci CAN zastosowano metody CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access) z unikaniem kolizji; oraz CSMA/CD z wykrywaniem kolizji.

Bardzo istotną sprawą jest możliwość łatwego rozbudowania magistrali. Dołączenie nowego sterownika wymaga tylko jego odpowiedniego oprogramowania. Istnieje norma, określająca parametry sieci CAN umożliwia to wykorzystanie układów różnych producentów do stosowania w urządzeniach sieci.

Magistrala CAN, pomimo swojej uniwersalności, nie nadaje się do łączenia wszystkich sterowników w pojeździe. Wszędzie tam, gdzie wymagane jest sterowanie niewielką liczbą prostych układów, zastosowanie w każdym z nich sterownika CAN jest zbyt drogie. Opracowano magistralę, która nadaje się do łączenia kilku nieskomplikowanych podzespołów w lokalną sieć i współpracuje z magistralą CAN.

Sieć z magistralą LIN (Local Interconnect Network) została zaprojektowana głównie z przeznaczeniem do obsługi elementów sieci pokładowej, takiej jak czujniki, przełączniki, moduły wykonawcze. Magistrala LIN sprawdza się jako dopełnienie sieci CAN, ponieważ zaprojektowana jest w celu uproszczenia połączeń, znajdujących się w obrębie jednej struktury. Transmisja w sieci LIN nie przekracza 20 kb/s i jest ograniczona głównie wpływem zakłóceń elektromagnetycznych.

Niewielka przepustowość wyklucza sieć LIN z zastosowań, w których wymagana jest duża prędkość i niezawodność przepływu danych.

W 1998 r. opracowano magistralę MOST (Media-Oriented Systems Transport). Magistrala MOST miała zastąpić w pewnych zastosowaniach magistralę CAN [16]. Maksymalna przepustowość magistrali CAN była zbyt mała, aby obsługiwać systemy multimedialne montowane w najnowszych samochodach. W odróżnieniu od magistrali CAN, koncepcja magistrali MOST była od początku zorientowana na przesyłanie sygnałów multimedialnych. Sieć MOST ma strukturę pierścieniową, z nierozerwalnie przypisaną kolejnością sterowników.

Warstwę fizyczną sieci MOST stanowi plastikowy światłowód wykorzystywany do przesyłania danych. Dzięki temu został całkowicie wyeliminowany wpływ zakłóceń elektromagnetycznych na transmisję sygnałów. Zastosowanie światłowodu spowodowało konieczność rozbudowy sterowników znajdujących się w każdym z węzłów sieci.


355

Uszkodzenie światłowodu, przecięcie pierścienia lub rozłączenie złącza, czy niesprawność któregokolwiek ze sterowników powoduje całkowite przerwanie komunikacji.

Magistrala „Byteflight” powstała pod kątem zastosowania w układach bezpieczeństwa czynnego i biernego w przeciwieństwie do magistrali MOST. Budowa sieci „Byteflight” jest oparta na strukturze gwiaździstej.

Informacje w sieci „Byteflight” przesyłane są również za pośrednic-twem światłowodu, co umożliwia uzyskanie transmisji danych na poziomie 10 Mb/s oraz krytyczny czas przesłania informacji wynosi ok. 0,250 ms.

Szybkość przesyłania danych odpowiada wymaganej prędkości komunikacji podzespołów ABS, ESP, ASR oraz poduszek powietrznych i napinaczy pasów.


356

7.6. Literatura

[1] A.Gajek A., Z.Juda, Czujniki, mechatronika samochodowa, WKiŁ, Warszawa, 2008

[2] J.Gołębiowski., M.Rybak, Elektrotechnika i elektronika w pojazdach samochodowych, Wydawnictwo PŁ, Łódź, 2005

[3] M.Hebda, Podstawy diagnostyki pojazdów, WKiŁ, Warszawa, 1982 [4] A.Herner, H.Riehl, Elektrotechnika i elektronika w pojazdach

samochodowych, WKiŁ, Warszawa, 2008 [5] J.Kasedorf, Układy wtryskowe benzyny , WKiŁ, Warszawa, 2006 [6] J.Kasedorf ,: Zasilanie wtryskowe benzyną, WKiŁ, Warszawa 1989 [7] B.Kierdof, Diagnostyka silników o zapłonie iskrowym, WKiŁ,

Warszawa, 1989 [8] J.Kijewski, Silniki spalinowe, WSiP, Warszawa, 1995 [9] M.Konopiński, Elektronika w technice motoryzacyjnej, WKiŁ,

Warszawa, 1987 [10] E.Koziej, Maszyny elektryczne pojazdów samochodowych, WNT,

Warszawa, 1984 [11] L.Michalski, K.Eckersdorf , J.Kucharski, Termometria, przyrządy

i metody, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź, 1998 [12] M.Miłek, Pomiary wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi,

skrypt Politechniki Zielonogórskiej, Zielona Góra, 1998 [13] E.Stolarski, Czujniki elektroniczne, Polskie Towarzystwo Techniki

Sensorowej, Warszawa, 1997 [14] S.Wiak (red.), Mechatronika, rozdz. J.Gołębiowski, Mikrosensory

i mikroaktuatory , Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 191-254, 2009

[15] K.Trzeciak, Diagnostyka samochodów osobowych, WKiŁ, Warszawa, 2008

[16] Bosch GmbH Technische UnterrichtungVDT: Sieci wymiany danych w pojazdach samochodowych, WKiŁ, Warszawa, 2008

[17] Bosch GmbH Technische UnterrichtungVDT: Układy bezpieczeństwa i komfortu jazdy, WKiŁ, Warszawa, 2006

[18] Bosch GmbH Technische UnterrichtungVDT: Sterowanie silników o zapłonie iskrowym, Zasada działania , Podzespoły, WKiŁ, Warszawa, 2006

Download - 00 strony tyt - wiak.imsi.pl · ych: czujniki ieszczone ego sterowane płonowa, rozproszona) [4 YCH nstrukcji cewk znym wynosz t dla układó wki zapłonow rakteryzują s o (ok.0,4-2Ω)

Top Related