Электрические датчики автомобиля

На легковых автомобилях с бензиновыми двигателями применяются различные по конструктивному и схемному исполнению системы искрового зажигания: контактные, контактно-транзисторные, бесконтактные (электронные), микропроцессорные.

Контактные и контактно-транзисторные системы зажигания в настоящее время имеют ограниченное применение. Применение бесконтактных и микропроцессорных систем позволило повысить топливную экономичность двигателя, уменьшить нагарообразование в цилиндрах и токсичность отработавших газов, облегчить пуск холодного двигателя зимой. Микропроцессорные системы зажигания имеют дополнительные преимущества: во-первых, в них отсутствует механический высоковольтный распределитель, а во-вторых, специальные датчики этих систем учитывают большое количество факторов, влияющих на эффективность искрового разряда.

В этой главе рассмотрены датчики бесконтактных и микропроцессорных систем зажигания, которые наиболее широко используются на двигателях отечественных легковых автомобилей.

Датчики бесконтактных систем зажигания

Бесконтактная система зажигания является конструктивным продолжение контактно-транзисторной системы зажигания. В данной системе зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком. Бесконтактная система зажигания стандартно устанавливается на ряде моделей отечественных автомобилей, а также может устанавливаться самостоятельно вместо контактной системы зажигания.

Применение бесконтактной системы зажигания позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ за счет более высокого напряжения разряда (30000В) и соответственно более качественного сгорания топливно-воздушной смеси.

Бесконтактная система зажигания имеет следующее устройство:

-источник питания;

-выключатель зажигания;

-датчик импульсов;

-транзисторный коммутатор;

-катушка зажигания;

-распределитель;

-центробежный регулятор опережения зажигания;

-вакуумный регулятор опережения зажигания;

-провода высокого напряжения;

-свечи зажигания.

В целом устройство бесконтактной системы зажигания аналогично контактной системе зажигания, за исключением следующих устройств: датчика импульсов и транзисторного коммутатора. Датчик импульсов предназначен для создания электрических импульсов низкого напряжения. Различают датчики импульсов следующих типов:

-датчик Холла;

-индуктивный датчик;

Наибольшее применение в бесконтактной системе зажигания нашел датчик импульсов использующий эффект Холла (возникновение поперечного напряжения в пластине проводника с током под действием магнитного поля). Датчик Холла состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины с микросхемой и стального экрана с прорезями (обтюратора).

Прорезь в стальном экране пропускает магнитное поле и в полупроводниковой пластине возникает напряжение. Стальной экран не пропускает магнитное поле, и напряжение на полупроводниковой пластине не возникает. Чередование прорезей в стальном экране создает импульсы низкого напряжения.

Датчик импульсов конструктивно объединен с распределителем и образуют одно устройство - датчик-распределитель. Датчик-распределитель внешне подобен прерывателю-распределителю и имеет аналогичный привод от коленчатого вала двигателя.

Транзисторный коммутатор служит для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания в соответствии с сигналами датчика импульсов. Прерывание тока осуществляется за счет отпирания и запирания выходного транзистора.

Принцип работы бесконтактной системы зажигания

При вращении коленчатого вала двигателя датчик-распределитель формирует импульсы напряжения и передает их на транзисторный коммутатор. Коммутатор создает импульсы тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания. В момент прерывания тока индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения подается по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси.

При увеличении оборотов коленчатого вала регулирование угла опережения зажигания осуществляется центробежным регулятором опережения зажигания.

При изменении нагрузки на двигатель регулирование угла опережения зажигания производит вакуумный регулятор опережения зажигания.

Датчики микропроцессорных систем зажигания

В микропроцессорных системах зажигания (МПСЗ), которые устанавливаются на части автомобилей ГАЗ, ВАЗ и «Москвич», применяется электронное управление углом опережения зажигания. Центральной частью микропроцессорной системы является контроллер (блок управления), который обрабатывает информацию, поступающую от датчиков, и в соответствии с ней, установив оптимальный для данного режима угол опережения зажигания, дает команду (иногда через коммутатор) на образование искры. Кроме того, МПСЗ выполняет функции электронного блока экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ).

Датчики комплексных электронных систем управления двигателем

Автомобильный двигатель представляет собой систему, состоящую из отдельных взаимосвязанных подсистем: топливоподачи, зажигания, охлаждения, смазки и т.д., которые при функционировании образуют единое целое. Вместе с тем, скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных условиях эксплуатации, которые включают в себя разгоны и замедления, движение с относительно постоянной скоростью, остановки.

Водитель изменяет скоростной и нагрузочный режимы двигателя, воздействуя посредством органов управления на дроссельную заслонку. Выходные параметры двигателя (частота вращения коленчатого вала, крутящий момент, топливная экономичность, токсичность отработавших газов и т.д.) при этом зависят от состава топливо-воздушной смеси и величины угла опережения зажигания. Кроме управляющих воздействий, на выходные параметры двигателя оказывают влияние внешние случайные возмущения - изменение параметров внешней среды (температура, атмосферное давление, влажность воздуха), изменение свойств топлива и масла и т.д. Следует также отметить, что из-за сложности конструкции, наличия допусков на размеры деталей, расхождения конструктивных параметров (степени сжатия, геометрии впускного и выпускного трактов и т.д.) отличаются не только выходные параметры одной и той же модели, но и отдельных цилиндров многоцилиндрового двигателя. С учетом этого возникает проблема обеспечения оптимального управления двигателем для различных условий.

Возможность оптимального (рационального) управления двигателем, особенно при его работе в сложных условиях городской езды, появилась с развитием комплексных электронных систем автоматического управления двигателем (ЭСУД).

Датчики температуры

С температурой мы сталкиваемся ежедневно, и это наиболее знакомая нам физическая величина.

Среди прочих датчиков температурные отличаются особенно большим разнообразием типов и являются одним из самых распространенных.

Стеклянный термометр со столбиком ртути известен с давних времен и широко используется в наши дни. Терморезисторы сопротивления которых изменяется под влиянием температуры, используются довольно часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой стоимости датчиков данного типа. Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры), С положительной характеристикой (с повышением температуры сопротивление увеличивается) и с критичной характеристикой (сопротивление увеличивается при пороговом значении температуры). Обычно сопротивление под влиянием температуры изменяется довольно резко. Для расширения линейного участка этого изменения параллельно и последовательно терморезистору присоединяются резисторы.

Термопары особенно широко применяются в области измерений. В них используется эффект Зеебека: в спае из разнородных металлов возникает ЭДС, приблизительно пропорциональная разности температур между самим спаем и его выводами. Диапазон измеряемых термопарой температур зависит от применяемых металлов. В термочувствительных ферритах и конденсаторах используется влияние температуры соответственно на магнитную и диэлектрическую проницаемость, начиная с некоторого значения, которое называется температурой Кюри и для конкретного датчика зависит от применяемых в нем материалов.

Термочувствительные диоды и тиристоры относятся к полупроводниковым датчикам, в которых используется температурная зависимость проводимости p-n-перехода (обычно на кристалле кремния). В последнее время практическое применение нашли так называемые интегральные температурные датчики, представляющие собой термочувствительный диод на одном кристалле с периферийными схемами, например усилителем и др.

Датчик массового расхода воздуха

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

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

Применение

На основании информации, получаемой с датчика, электронный блок управления (ЭБУ) вычисляет необходимый объем топлива, чтобы поддерживать стехиометрическое соотношение топлива и воздуха для заданных режимов работы двигателя. Также информация с ДМРВ используется ЭБУ для расчета режимной точки двигателя. ЭБУ, учитывая значения массового расхода воздуха (для расчетов он переводится в параметр «Цикловой расход воздуха», либо «Нагрузка на двигатель» в самых современных ЭБУ), температуру двигателя и его обороты, может вычислить нагрузку на двигатель и исходя из этой информации может управлять не только количеством подаваемого в двигатель топлива, но и углом опережения зажигания, таким образом управляя крутящим моментом двигателя.

Рис. 16 - Датчик кислорода: 1- металлический корпус с резьбой. 2 - уплотнительное кольцо.c 3 - токосъемник электрического сигнала. 4 - керамический изолятор. 5 - проводка. 6 - манжета проводов уплотнительная. 7 - токопроводящий контакт цепи подогрева. 8 - наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха. 9 - подогрев. 10 - наконечник из керамики. 11 - защитный экран с отверстием для отработавших газов

Таким образом, датчик кислорода - это своеобразный переключатель (триггер), сообщающий контроллеру впрыска о качественной концентрации кислорода в отработавших газах. Фронт сигнала между положениями "Больше" и "меньше" очень мал. Настолько мал, что его можно не рассматривать всерьез. Контроллер принимает сигнал с ЛЗ, сравнивает его с значением, прошитым в его памяти и, если сигнал отличается от оптимального для текущего режима, корректирует длительность впрыска топлива в ту или иную сторону. Таким образом, осуществляется обратная связь с контроллером впрыска и точная подстройка режимов работы двигателя под текущую ситуацию с достижением максимальной экономии топлива и минимизацией вредных выбросов.

Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает опорное напряжение (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает снижает свое напряжение до ~0.1-0.2В. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от от 0.04..0.1 до 0.7...1.0В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после соответствующей проверки.

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а второй - воздухом из атмосферы. Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 - 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля

Элемент зонда, сделанный на основе диоксида титана не производят напряжение а меняет свое сопротивление (нас этот тип не касается).

При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливовоздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 - 0,9 В.

Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.

Диагностика и устранение неисправностей

Проверка датчиков температуры охлаждающей жидкости. Исправность электрического термометра можно проводить непосредственно на автомобиле - по схеме, изображенной на рис. 17. При этом датчик проверяется в комплекте с указателем. Проверить точность работы снятого с автомобиля датчика логометрическо- го термометра можно с помощью нагреваемой емкости с водой и ртутного термометра. Датчик с подсоединенным к нему тестером помещается в емкость.

Рис. 17 - Схема проверки датчика совместно с указателем манометра: 1 - эталонный манометр; 2 - переходник; 3 - проверяемый датчик; 4 - проверяемый указатель; 5 - выключатель

Проверка датчиков давления масла. Проверить точность работы снятых с автомобилей датчиков давления масла ММ358, ММ393А и 23.3839 можно как вместе с указателями, так и раздельно, с помощью несложного приспособления. Для этого потребуется выточить из стали или латуни переходник (рис. 18). Кроме того, понадобится исправный (эталонный) указатель манометра со шкалой до 8... 10 кгс/см2. Можно, например, использовать манометр от шинного насоса. Чтобы проверить датчик вместе с указателем давления масла, вворачиваем датчик в переходник, затем заполняем переходник маслом и собираем схему, изображенную на рис.1.16. Вворачивая эталонный указатель 1 в переходник 2, следим за показаниями эталонного и проверяемого 4 указателя. Показания не должны отличаться более чем на 5%. Если погрешность больше, следует проверить работу датчика при различных давлениях масла. Для этого собираем схему, изображенную на рис. 1.17. Снова заполняем переходник маслом и постепенно вворачиваем в переходник эталонный манометр 1. При этом изменяются показания манометра и параметры датчика. Измеряем сопротивление датчика при различных давлениях. Датчик ММ358 при отсутствии давления должен иметь сопротивление 157...175 Ом, при давлении в 2 кг/см2 - 108.-114 Ом, при давлении в 4 кг/см2 - 55...65 Ом. Датчик 23.3839 при отсутствии давления должен иметь сопротивление 290...330 Ом, при давлении в 1,5 кг/см2 ~ 170...200 Ом, при давлении в 4,5 кг/см2 - 50...80 Ом. Датчик ММ393А при отсутствии давления должен иметь сопротивление 290...320 Ом, при давлении в 4 кг/см2 - 103... 133 Ом, при давлении в 6 кг/см2 - 55...80 Ом, при давлении в 8 кг/см2 - 0...15 Ом.

Проверка датчиков уровня топлива. Для поиска неисправностей электрических цепей логометрических измерителей уровня топлива с реостатными датчиками непосредственно на автомобиле можно воспользоваться схемой, изображенной на рис. 1.18. При этом датчик проверяется в комплекте с указателем.

Для осуществления проверки потребуется тестер и небольшой отрезок провода.

Для проверки точности работы снятого с автомобиля датчика уровня топлива в комплекте с эталонным указателем необходимо собрать устройство, элементы которого изображены на рис. 1.19. При проверке датчик прибора устанавливаем на площадке 2 и соединяем его с эталонным указателем 8 по приведенной схеме. Рычаг поплавка датчика движком 5 устанавливаем сначала в положение, соответствующее полному баку, а затем - последовательно в положения «1/2» и «О». Углы наклона рычага в этих положениях применительно к датчику 24.3827.

Рис. 18 - Схема проверки датчика спидометра ГАЭ-3110: 1 - ключ разъема; 2 - штекерный разъем датчика; 3 - аккумуляторная батарея; П1 - резистор 10 кОм; VI - светодиод

Проверка датчиков спидометра. При поиске неисправностей в электрических цепях электронных спидометров автомобилей ВАЗ-2110 (и модификаций) и ГАЭ-3110 непосредственно на автомобиле можно руководствоваться схемой, изображенной на рис. 1.20. При этом датчик проверяется в комплекте с указателем. Для осуществления проверки потребуется тестер. За один оборот валика исправного датчика светодиод должен загораться 6 раз.

Диагностика и устранение неисправностей датчиков аварийных режимов.

Неисправности сигнализирующих приборов могут быть следствием неисправностей датчиков, обрыва или короткого замыкания соединительных проводов, перегорания ламп-сигнализаторов и предохранителей. Схемы поиска неисправностей сигнализирующих приборов (сигнализаторов аварийных режимов). При этом датчик проверяется в комплекте с сигнализатором непосредственно на автомобиле.

Неисправности электрических цепей вентиляторов охлаждения двигателей проявляются в том, что электродвигатель вентилятора либо не включается, либо не выключается. Одна из возможных причин - выход из строя датчика ТМ108 или его аналога. При этом датчик проверяется в комплекте с электрооборудованием вентилятора.

Исправность снятых с автомобилей датчиков аварийного давления масла ММ 120, М111В и 30.3829 можно проверить в комплекте с указателями или раздельно с помощью специально выточенного переходника Кроме того, необходимо иметь исправный (эталонный) манометр со шкалой до 8... 10 кг/см2. Можно, например, использовать манометр от шинного насоса.

Датчик аварийного давления масла нужно ввернуть в переходник и собрать схему, показанную на рис. 2.12. При включенном выключателе 5 контрольная лампа должна гореть. Вворачивая эталонный манометр в переходник, измеряем давление, при котором лампа гаснет. Его величина должна быть в пределах 0,2...0,6 кг/см2.

Исправность встроенного в бачок главного цилиндра датчика аварийного уровня тормозной жидкости проверяется непосредственно на автомобиле. Датчик проверяем в комплекте с сигнализатором. Для проверки включаем зажигание и нажимаем сверху на центральную часть защитного колпачка датчика. При этом на щитке приборов должна загореться соответствующая лампа (сигнализатор) красного цвета. Датчики современных приборов-сигнализаторов аварийных режимов, как правило, не ремонтируют, а заменяют исправными

Датчики бесконтактных систем зажигания

Неисправности датчиков БСЗ проявляются в отклонении работы двигателя от нормальной. Не следует забывать также о том, что отказы в работе двигателя могут быть обусловлены не только неисправностями системы зажигания, но и неполадками других систем, например системы питания.

Проверить работу датчиков БСЗ можно непосредственно на автомобиле при их совместной работе с другими элементами в ходе проверки системы в целом. В связи с этим необходимо отметить три важные особенности поиска неисправностей в бесконтактной системе зажигания.

Во-первых, для проверки высоковольтной части системы нужно изготовить простейший разрядник (рис. 3.25, б) с зазором в 7... 10 мм между электродами. Разрядник необходим для того, чтобы исключить выход из строя электронных элементов системы зажигания при проверке «на искру», что может произойти при зазорах между высоковольтными (свечными) проводами и «массой» больше 10 мм. Кроме того, если держать высоковольтные провода руками, то не избежать неприятных ощущений в момент искрообразования, поскольку энергия искры в бесконтактной системе зажигания примерно в полтора раза выше, чем в контактной.

Во-вторых, для проверки цепей системы целесообразно использовать тестер. Контрольной лампой можно пользоваться лишь при проверке контактных соединений. Диагностирование датчика-распределителя с помощью контрольной лампы вообще недопустимо, поскольку ее малое внутреннее сопротивление может быть причиной выхода из строя датчика. Тестер в большинстве случаев используется в режиме вольтметра постоянного тока (V), и только при проверке первичной обмотки катушки зажигания и резистора ротора распределителя тестер переключается в режим омметра (О). Можно, кроме того, для проверки датчика-распределителя изготовить переходную колодку с вольтметром.

В-третьих, при диагностировании системы зажигания все ее элементы и провода следует отсоединять только при выключенном зажигании.

При неполадках системы зажигания и предположении, что причиной их возникновения является неисправный датчик-распределитель, целесообразно для повышения достоверности диагностики первоначально проверить датчик непосредственно на автомобиле совместно с другими элементами системы. При этом могут потребоваться тестер, контрольная лампа, стробоскоп, набор щупов для проверки величины зазора между электродами свечей зажигания, переходный разъем с вольтметром , разрядник.

Проверка и ремонт датчиков-регуляторов угла опережения зажигания

Для проверки датчиков-регуляторов угла опережения зажигания необходимо знать диапазоны их регулирования (рис. 3.30). Перед проверкой датчиков-регуляторов необходимо проверить и отрегулировать начальный угол зажигания.

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости 19.3828. Собираем схему, показанную на рис. 3.37, опускаем датчик в емкость с водой и, подогревая воду, измеряем падение напряжения на выводах датчика при различных температурах, измеренных термометром. Падения напряжения не должны отличаться более чем на 0,1 В. от значений.

автомобиль датчик зажигание масло

Датчики комплексных электронных систем управления двигателем. Устранение неисправностей

При проверке отдельных датчиков и других элементов ЭСУД следует строго соблюдать некоторые правила для предотвращения выхода из строя электронных устройств системы:

прежде чем снимать любые узлы ЭСУД, при выключенном зажигании отсоедините наконечник «минусового» провода от вывода «-» аккумуляторной батареи;

не пускайте двигатель, если наконечники проводов на аккумуляторной батареи плохо затянуты;

никогда не отсоединяйте аккумуляторную батарею от бортовой сети автомобиля при работающем двигателе;

при зарядке аккумуляторной батареи зарядным устройством непосредственно на двигателе отсоединяйте ее от бортовой сети автомобиля;

не подвергайте контроллер (блок управления) воздействию температуры выше 65 °С в рабочем состоянии и выше 80 °С в нерабочем (например, в сушильной камере). Необходимо снять блок с автомобиля, если предполагается, что температура будет превышена;

не отсоединяйте от контроллера (блока управления) и не присоединяйте к нему колодку проводов при включенном зажигании;

перед выполнением электроду го вой сварки на автомобиле всегда отсоединяйте провода от аккумуляторной батареи и колодки проводов от контроллера (блока управления);

все измерения напряжения выполняйте цифровым вольтметром с внутренним сопротивлением не менее 10 МОм. Допускается применение контрольной лампы небольшой мощности (до 4 Вт). Применение ламп большей мощности не допускается;