Датчики системы управления двигателем внутреннего сгорания

Такое взаимное расположение магнита 3, магниточувствительного элемента 4 и магнитопровода 8 в магнитной системе позволяет достичь однородного увеличения крутизны магнитного сигнала, пропорционального величине остаточной намагниченности магнита. Для достижения максимального эффекта концентрации могут использоваться магнитопроводы 8 специальной формы, примеры которой показаны на фиг.9 (с вертикальным прямоугольным и крестообразным вырезами, центрированными относительно чувствительного элемента Холла, для увеличения перпендикулярных составляющих магнитного поля по краям вырезов).

Повышение чувствительности датчика достигается только за счет использования ферромагнитного концентратора 8, но при оптимальном подборе других параметров магнитной системы. Следует отметить, что в системах на эффекте Холла с постоянным магнитом из обычного материала типа NdFeB (в промышленности обычно выпускаются магниты с намагниченностью 1000-1200 мТл) можно использовать рабочие зазоры порядка 5-8 мм и нет смысла максимально приближать датчик к магниту. Оптимальный наклон выходной характеристики под углом порядка 45° (чувствительность) рассчитывается с использованием средств программирования датчика.

Дальнейшее увеличение линейного участка, показателя линейности, повышение точности, повторяемости, надежности, развитие адаптационных признаков к конкретным условиям работы, упрощение конструкции, технологии сборки и монтажа достигаются с использованием современной элементной базы программируемых ИС.



Рисунок 18- Бесконтактный датчик положения дроссельной заслонки в разрезе

Исходя из анализа доступной элементной базы следует указать, что предлагаемый датчик ориентирован, прежде всего, на использование программируемых ИС, но не исключает возможность применения стандартных линейных датчиков. В этом случае будет требоваться не только более тщательный расчет, настройка и регулировка магнитной системы, но и, вероятно, могут последовать изменения в конструкции датчика.

При использовании более слабого магнита (порядка 300 мТл) небольших размеров возможно увеличение площади платы 5 и включение в конструкцию дополнительных корпусных деталей, магнит может быть кольцевым или эллиптическим, с большим радиусом внешней поверхности и т.д. Следует отметить, что хотя в заявляемом датчике могут использоваться магниты из любых материалов (Алнико, ферриты, SmCo или NdFeB), в автомобильных системах с повышенной рабочей температурой наиболее предпочтительным материалом является SmCo, имеющий лучшие свойства температурной стабильности.

В то же время эти возможные изменения не являются принципиальным изменением существа заявляемого датчика, отражающего, в первую очередь, введение в магнитную систему на эффекте Холла, описанную выше, аксиального ферромагнитного концентратора, и, вторично, развитие адаптационных признаков устройства к конкретным условиям работы через механику и схемотехнику (программирование) датчика.

Введение ферромагнитного концентратора позволяет увеличить магнитную чувствительность датчика (крутизну магнитного сигнала) и, за счет этого, расширить линейный участок функционального диапазона измеряемого угла до 120-ти механических градусов. По сравнению с магнитной системой, описанной выше, но без магнитопровода, введение концентратора означает увеличение амплитуды рабочего магнитного сигнала, при сохранении той же однородности и формы синусоидального рабочего сигнала, и, как следствие, его большую помехоустойчивость, увеличение надежности, повышение точности измерений, показателя линейности (абсолютных и относительных показателей, повторяемости). Конструкция заявляемого устройства позволяет использовать для расположения аксиального элемента Холла большее постоянное расстояние от магнита, которое с использованием элементной базы программируемых ИС Холла является практически произвольным, то есть определяемым целиком из конструктивных соображений, что означает дальнейшее упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа, и вместе с использованием различных вышеперечисленных механических средств, предложенных в конструкции датчика, - развитие адаптационных признаков к конкретным условиям работы.



5. Описание принципа работы датчика дроссельной заслонки ДВС

Система электронного управления дроссельной заслонкой заменяет механический тросик, соединяющий педаль газа с дроссельными заслонками. Вместо обычного привода газа на педали газа находится датчик положения педали (Рис. 19), который передает блоку управления двигателем информацию о положении педали. На основе полученной информации блок управления через электродвигатель управляет положением дроссельной заслонки.

В корпусе датчика положения находятся два контактных потенциометра, которые закреплены на общем валу. При каждом изменении положения педали изменяется сопротивление потенциометров и напряжения, передаваемые блоку управления двигателем.

Рисунок 19 - Датчик педали акселератора: 1 - Педаль газа 2 - Дорожка резистивная 3 - Датчик 1+2

При выходе из строя какого-либо датчика загорается лампа неисправности привода газа и в памяти неисправностей блока управления регистрируется повреждение. Если из строя выходят оба датчика, то двигатель работает с повышенным числом оборотов и больше не реагирует на педаль газа.

Блок привода дроссельной заслонки (Рис. 18.) включает в свой состав электродвигатель, два потенциометра и систему зубчатых колёс с возвратной пружиной. Он регулирует положение дроссельной заслонки.

Потенциометр дроссельной заслонки находится у вала дроссельной заслонки и передает блоку управления текущую информацию об угле положения заслонки. Второй потенциометр передает блоку управления информацию об опорном значении и обеспечивает запасной сигнал при выходе из строя потенциометра.

Рисунок 20 - Блок привода дроссельной заслонки: 1 - Корпус дроссельной заслонки 2 - Привод дроссельной заслонки 3 - Крышка корпуса со встроенной электроникой 4 - Дроссельная заслонка 5 - Потенциометр дроссельной заслонки (датчик угла 1+2 привода дроссельной заслонки) 6 - Шестерня с пружинным возвратом

Системе управления двигателем направляется электросигнал, регистрирующий каждое движение акселератора. На полное открытие дроссельных заслонок требуется около 120 милисекунд. Примерно столько же времени уходит у опытного водителя на нажатие педали акселератора. В результате водитель получает возможность точнее использовать мощность двигателя, наслаждаясь гладким, свободным от вибраций вождением даже на низких скоростях. Благодаря улучшенному зажиганию, работе клапанов, идеальному расположению дроссельной заслонки и объему впрыскиваемого топлива значительно оптимизируется расход топлива и уровень выброса. Кроме того, система электронного управления дроссельной заслонкой повышает безопасность вождения, автоматически реагируя на опасные механические неисправности, например, в ситуации, когда дроссельные заслонки по небрежности поставлены в положение полной нагрузки.

Функциональная схема системы управления положением электронной дроссельной заслонки

Рисунок 21 - Функциональная схема системы управления объектом: 1 - педаль газа; 2 - потенциометр задатчика; 3 - движок потенциометра задатчика; 4 - дроссельная заслонка; 5 - корпус дроссельной заслонки; 6 - двигатель постоянного тока; 7 - редуктор; 8 - потенциометр обратной связи; 9 - движок потенциометра обратной связи; 10 - усилитель.



6. Расчетная часть

Чтобы определить положение дроссельной заслонки применяются датчики положения дроссельной заслонки потенциометрического типа. Рассмотрим одну из методик расчета датчика такого типа. Основными этапами расчета по этой методике являются:

1. Определение основных конструктивных параметров каркаса и обмотки;

2. Расчет электрических параметров обмотки;

3. Расчет температурного режима датчика.

Основные параметры потенциометрического датчика (ПД) условно можно разделить на конструктивные и схемные, или электрические параметры

К конструктивным параметрам относятся:

D0 - средний расчетный диаметр каркаса;

п - угол намотки потенциометра;

h - высота каркаса;

в - ширина или толщина каркаса;

т - суммарная технологическая добавка;

ln - рабочая длина каркаса;

t - шаг намотки;

n - число витков обмотки;

d- диаметр провода обмотки без изоляции;

dиз - диаметр провода с изоляцией.

К схемным, или электрическим параметрам относятся:

U - напряжение питания датчика;

Rn - общее сопротивление обмотки потенциометра;

- удельное сопротивление материала провода;

lmax - максимальная относительная погрешность нагруженного датчика.

Названные параметры связаны между собой следующими соотношениями:

Для инженерных расчетов принято, что шаг намотки

Длина одного витка lв определяется как

Обычно h и в определяют из соотношений

С другой стороны, длина витка может быть определена как

При расчете температурного режима датчика обычно используются методикой, основанной на ориентировочном определении величины перегрева датчика в установившемся режиме,

В основу этого расчета положена следующая приближенная формула:



,

где m - коэффициент, учитывающий теплопроводимость каркаса и изоляции обмотки, равный 0,5-0,7 для пластмассовых, 1,5 для керамических и 2-3 для алюминиевых каркасов;

с - коэффициент теплоотдачи обмотки;

Sоб - поверхность обмотки, соприкасающаяся со средой;

у - установившийся перегрев обмотки (превышение температуры датчика над температурой окружающей среды).

Исходные данные:

1. Максимальное значение входной величины хвхmax= вхmax=5

2. Коэффициент передачи датчика = 0,42 В/град.

3. Порог чувствительности min =0,1°.

4. Максимальная относительная погрешность mах = 1%.

5. Диапазон изменения температуры окружающей среды

t = -50C …+ 60C

6. Конструкция каркаса (cм. рисунок 15) и его радиус R0 = 30 мм.

7. Напряжение бортовой сети автомобиля ВАЗ U= 14,2 В.

1. Определяем общую величину угла намотки потенциометра

где Т - технологическая добавка к рабочей протяженности каркаса ( Т = 3 … 5).

2. Вычисляем длину намотки потенциометра



3. Определяем число витков датчика

4. Вычисляем шаг намотки

5. Определяем диаметр провода в изоляции и без нее

Стандартный диаметр провода выбирается из таблицы, которая приводится в справочниках.

6. Выбираем высоту h , толщину в и материал каркаса

, .

(Принимаем в = 1 мм). В качестве материала каркаса для лучшего отвода тепла выбираем алюминий.

7. Определяем среднюю длину одного витка обмотки



8. Вычисляем длину провода обмотки lобм

9. Определяем минимально допустимое напряжение питания

,

что не больше напряжения бортовой сети автомобиля ВАЗ, равного 14,2 В. То есть, рассчитываемый датчик может быть использован в данном автомобиле.

10. Вычисляем допустимую величину тока Iп, протекающего по обмотке датчика

,

где: j - допустимая плотность тока (j=25…30 А/мм²) для ПД с металлическим каркасом; (j=45…50 А/мм2) для ПД с керамическим каркасом и (j=15…20 А/мм2) для ПД с пластмассовым каркасом металлическим каркасом.

Sпр - площадь поперечного сечения провода обмотки.

11. Определяем необходимое сопротивление обмотки ПД,



12. Вычисляем необходимое удельное сопротивление обмотки

13. Выбираем материал провода для обмотки.

Близким удельным сопротивлением к полученному обладает никелин с = 0,4 Ом мм²/м.

14. Определяем действительные значения Rn и j

Проверку на плотность тока производить нет необходимости, так как выбран провод с удельным сопротивлением, превышающим расчетную величину.

15. Вычисляем абсолютное значение U

16. Определяем потребный нагрузочный коэффициент

для r* =0,5 имеем



17. Вычисляем минимально допустимую величину сопротивления нагрузи, которое может быть подсоединено к ПД, чтобы l = 1%

18. Определяем площадь поверхности обмотки

19. Вычисляем действительное значение перегрева обмотки в установившемся режиме

Для алюминиевого каркаса с = 10 -3 Вт/град · см²

Из условия хорошего контакта движка о обмоткой и отсутствия коробления каркаса допускается превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды не более доп = 40-50°, где доп = об - ср; ср температура окружающей среды; об - температура обмотки.

Так как при расчете получено, что уст < доп никаких поправок в расчет вводить не требуется.



Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена тема "Датчики системы управления двигателем внутреннего сгорания". В основной части были разобраны разновидности, основные функции и возможности датчиков системы управления двигателем внутреннего сгорания, произведен патентный поиск, а также подробно рассмотрен Патент №2298148 "Бесконтактный датчик положения дроссельной заслонки". В расчетной части был рассчитан потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки.

Таким образом, сегмент автомобильных датчиков контроля эмиссии включает много устоявшихся решений, применяемых многие годы, инновации, особенно в области контроля эмиссии дизелей и датчиков для гибридов, создают большие рыночные возможности для осуществления и сбыта новых разработок на основе ИС, MEMS и мультисенсорной платформы.

В дальнейшем принципы конструирования новых датчиков более высокого уровня предполагают объединение технологий, поиск новых нестандартных решений.



Список использованных источников информации

1. Датчики системы управления двигателем

http://systemsauto.ru/electric/control_engine.html

2. Что такое датчики.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C4%E0%F2%F7%E8%EA

3. Датчик положения дроссельной заслонки.

http://елм327.рф/ob-adapterah/diagnostika-dpdz.html

4. Бесконтактный датчик скорости автомобиля. Патент на изобретение №2260188 по заявке №2004102133/28 (002114) от 26.01.2004. Зарегистрировано в Госреестре изобретений 10.09.2005. / И.С. Захаров, С.Ф. Яцун, С.С. Сысоева.

5. Бесконтактный датчик положения дроссельной заслонки.

http://www.drive2.ru/l/1164404/

6. Методическое пособие для расчета датчиков.

7. www.volga-gaz.ru. Датчик положения дроссельной заслонки НРК1-8 (РФ). http://volga-gaz.ru/gazvolga/esud/d_pdz2.asp.

Размещено на Allbest.ru