ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH CZUJNIKI BIAŁYSTOK 2005

2 1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest poznanie zasad działania oraz metod diagnostyki wybranych czujników stosowanych w instalacjach elektrycznych pojazdów samochodowych. Zakres ćwiczenia obejmuje: - diagnostyka dwustanowej sondy lambda (1, 2 oraz 4 przewodowej), - diagnostyka elementu grzejnego sondy lambda, - testowanie czujników temperatury z rezystorem NTC, - diagnostyka czujnika położenia przepustnicy, - diagnostyka czujnika położenia pedału przyspieszenia, - diagnostyka czujników położenia metodą oscyloskopową, - diagnostyka czujników Halla, - badanie czujnika ciśnienia oleju, - diagnostyka stycznika włączenia biegu wstecznego, - diagnostyka czujnika reluktancyjnego, - diagnostyka czujnika stanu napełnienia zbiornika paliwa, - diagnostyka czujnika rezerwy paliwa. Szczegółowy zakres ćwiczenia ustala prowadzący. 2. SONDA LAMBDA Dwustanowa sonda lambda jest stosowana w silnikach ZI i służy do regulacji składu mieszanki paliwowo-powietrznej. Wbudowana jest w rurę wylotu spalin i próbkuje jednocześnie spaliny wszystkich cylindrów silnika. Sposób działania polega na galwanicznym oddziaływaniu tlenu na ogniwo stężeniowe z elektrolitem stałym. Sonda dwustanowa wskazuje, czy spaliny ujawniają bogatą (λ < 1) czy też ubogą (λ > 1) mieszankę. Skokowa charakterystyka tej sondy (rys. 1) pozwala na regulację mieszanki na skład stechiometryczny λ = 1.

3 Sonda palcowa Elektrolitem w stanie stałym jest jednostronnie zamknięty, nieprzepuszczalny dla gazu wkład ceramiczny z dwutlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru. Powierzchnie zewnętrzne elektrolitu z obu stron są zaopatrzone w elektrody wykonane z porowatej, cienkiej warstwy platyny. Elektroda platynowa na stronie zewnętrznej stykająca się ze spalinami w rurze wylotowej działa jak mały katalizator; napotkane spaliny są tu katalitycznie doprowadzone do stanu stechiometrycznej równowagi (λ = 1). Dodatkowo na stronie wystawionej na działanie spalin w celu ochrony przed zanieczyszczeniem, elektrodę platynową pokryto porowatą warstwą ceramiczną tlenków magnezowokrzemowych (spinelu). Metalowa osłona rurkowa z wieloma szczelinami chroni ceramiczną wkładkę przed obciążeniami mechanicznymi i szokiem termicznym. Osłonięta przed spalinami otwarta przestrzeń wewnętrzna sondy jest połączona z powietrzem zewnętrznym, które pełni rolę gazu porównawczego (rys. 2). Rys. 1. Dwustanowa sonda lambda charakterystyka przy temperaturze pracy 600 o C Rys. 2. Budowa dwustanowej sondy lambda 1 - ceramika sondy, 2 - elektrody, 3 - zestyki, 4 - obudowa część stykowa, 5 - rura wylotu spalin, 6 - porowata ceramiczna warstwa ochronna, 7 spaliny, Us - napięcie sondy

4 Sonda palcowa występuje w dwu odmianach. Z ogrzewaniem i bez ogrzewania. Dodatkowe ogrzewanie za pomocą grzałki elektrycznej pozwala na szybsze osiąganie przez sondę temperatury roboczej. Sondę ogrzewaną można rozpoznać po 4 przewodach wyjściowych. Sondy nieogrzewane są wyposażone w dwa lub jeden przewód wyjściowy. 3. DIAGNOSTYKA CZUJNIKA RELUKTANCYJNEGO - sprawdzić omomierzem rezystancję cewki czujnika, porównać z danymi katalogowymi (odchyłka nie powinna przekroczyć 20%), - zaobserwować sygnał z czujnika za pomocą oscyloskopu oraz zidentyfikować ewentualne uszkodzenia (np. zwarcie międzyzwojowe cewki czujnika, wyłamanie nabiegunnika, starzenie magnesu, zbyt dużą szczelinę, przerwa w obwodzie cewki). W laboratorium studenci mają do dyspozycji wymontowany rozdzielacz zapłonu, którego wałek jest napędzany za pomocą silnika elektrycznego z możliwością regulacji obrotów w zakresie odpowiadającym zakresowi pracy. W przypadku pomiarów na rozdzielaczu zamontowanym w samochodzie, oscylogramy można zdejmować zarówno przy pracującym silniku, jak i podczas napędzania rozrusznikiem (po wyjęciu świec zapłonowych). 4. CZUJNIKI POŁOŻENIA Czujniki położenia, mierzące przemieszczenie liniowe i kątowe w różny sposób, stanowią najliczniejszą grupę wśród czujników w pojeździe. W tej dziedzinie zmierza się do zastosowania bezdotykowych, bezstykowych czujników, które nie zużywają się i dlatego są długowieczne oraz niezawodne. Ze względów cenowych spotyka się jednak jeszcze czujniki, których zasada działania jest nierozłącznie związana ze zużyciem eksploatacyjnym; w niektórych miejscach spełniają one w samochodzie wystarczająco dobrze swoje zadania. W dużej liczbie zastosowań pozycja czujnika jest jednocześnie bezpośrednio mierzoną wielkością. W praktyce często także czujniki przyrostowe" (różnicowe) są zaliczane do czujników kąta, choć są używane przede wszystkim do mierzenia liczby obrotów. Nie są to

5 czujniki kąta we właściwym rozumieniu. Do czujników mierzących kąt wychylenia powinno się zaliczyć te, które sumują mierzalne przyrosty. Takie układy pomiaru kąta znajdują tylko ograniczone zastosowanie, gdyż stan licznika może być łatwo zafałszowany przez impulsy zakłócające. Stałe (nieruchome) znaczniki odniesienia, w swym przymusowym położeniu pomagają tylko w ograniczonym stopniu. To samo dotyczy układów pomiaru kąta, które tracą położenie odniesienia po wyłączeniu napięcia pracy. Nie pomaga tu również ciągła rejestracja położenia końcowego, gdyż przeważnie w stanie wyłączenia może ono ulegać mechanicznym zmianom. Czujniki potencjometryczne W potencjometrze ślizgowym do celów pomiaru wykorzystuje się zależność między długością rezystora drutowego lub warstwowego ( cermet" - spiek metalocera-miczny lub Conductive Plastic" - tworzywo przewodzące) a wartością jego rezystancji. Są to względnie tanie czujniki położenia. Do ochrony przed przeciążeniem napięcie jest przyłożone za pośrednictwem małych rezystorów wstępnych (oraz w celu dostrojenia punktu zerowego i cechowania) do szyny pomiarowej. Szerokość ścieżki oporowej (oraz jej odcinek) wpływa na kształt charakterystyki. Połączenie ślizgowe przeważnie jest realizowane za pomocą drugiej ścieżki stykowej o takiej samej powierzchni, jednak pokrytej materiałem niskorezystancyjnym. Zużycie potencjometru i błąd pomiaru można zmniejszyć dzięki jak najmniejszemu obciążeniu odprowadzenia oraz szczelności. Warunkiem małego zużycia jest także optymalny dobór pary trącej suwak-ścieżka (suwak ma postać łyżki", skrobaka" albo miotełki". Czujniki tego typu mają zarówno wiele oczywistych zalet, jak i uciążliwych wad. Zalety czujników potencjometrycznych: prosta, nieskomplikowana, lekka konstrukcja, bardzo oczywisty wynik pomiaru, brak konieczności stosowania elementów elektronicznych, dobra odporność na zakłócenia, duży zakres temperatury pracy (do 250 C)

6 duża dokładność (mniej niż 1% wartości końcowej), duży zakres pomiarowy (możliwe prawie 360 ), łatwość montażu (proste albo zakrzywione powierzchnie), liczni wytwórcy, szybkie wzorcowanie. Wady czujników potencjometrycznych: zużycie mechaniczne, ścieranie, powstawanie błędów pomiarowych z powodu obecności produktów ścierania trudności działania w cieczach, zmienność rezystancji styku suwaka ze ścieżką rezystancyjną, odrywanie się suwaka przy silnych drganiach i dużych przyspieszeniach, ograniczona możliwość miniaturyzacji, szumy (generacje zakłóceń). Przykłady czujników potencjometrycznych: czujnik położenia klapy spiętrzającej przepływomierza (układy Bosch KE-Jetronic i L-Jetronic), czujnik położenia przepustnicy (Bosch M-Motronic), czujnik pedału przyspieszenia, moduł pedału przyspieszenia, czujnik poziomu paliwa w zbiorniku. Czujnik położenia pedału przyspieszenia Ważną częścią składową czujnika jest potencjometr, którego napięcie wyjściowe zależy od ustawienia pedału przyspieszenia. Za pomocą zawartej w pamięci charakterystyki czujnika sterownik porównuje to napięcie i określa względne położenie pedału (liniowe lub kątowe). Do celów diagnostycznych i na przypadek uszkodzenia dołącza się czujnik

7 rezerwowy. Jest on składnikiem układu nadzorującego. W jednej z odmian czujnika drugi potencjometr dostarcza połowę napięcia pierwszego potencjometru we wszystkich punktach pracy, co umożliwia rozpoznanie błędu z porównania dwóch niezależnych sygnałów. W innej odmianie zamiast drugiego potencjometru stosuje się stycznik, który sygnalizuje sterownikowi położenie biegu jałowego pedału przyspieszenia. W pojeździe z automatyczną skrzynią przekładniową dodatkowy stycznik wytwarza elektryczny sygnał kick-down" podczas gwałtownego wciśnięcia pedału przyspieszenia przez kierowcę. Rys. 3. Odmiany konstrukcyjne czujnika pedału przyspieszenia a - dołączany czujnik pedału, b - wiszący zespół pedału przyspieszenia, c stojący (montowany do podłogi) zespół pedału przyspieszenia, 1 - czujnik, 2 - pedał (charakterystyczny dla typu pojazdu), 3 - podstawa pedału 5. ZAKRES BADAŃ - pomiary napięcia wyjściowego dwustanowych sond lambda, - diagnostyka elementu grzejnego sond lambda, - testowanie czujników temperatury z rezystorem NTC, - diagnostyka czujnika położenia przepustnicy, - diagnostyka czujnika położenia pedału przyspieszenia, - diagnostyka czujników położenia metodą oscyloskopową, - diagnostyka czujników Halla, - badanie czujnika ciśnienia oleju, - diagnostyka stycznika włączenia biegu wstecznego,

8 - diagnostyka czujnika reluktancyjnego, - diagnostyka czujnika stanu napełnienia zbiornika paliwa. 6. LITERATURA Dziubiński M.: Elektroniczne układy pojazdów samochodowych, Lublin 2003 Herner A., Riehl Hans-Jürgen: Elektrotechnika i Elektronika w pojazdach samochodowych, WKŁ, Warszawa 2003 Herner A.: Elektronika w samochodzie. WKŁ, Warszawa 2001 Merkisz J., Mazurek St.: Pokładowe systemy diagnostyczne pojazdów samochodowych, WKŁ, 2004