- Датчики положення і швидкості
- Датчики витрати повітря
- Датчики контролю емісії відпрацьованих газів
- датчики температури
- датчики тиску
Електронні системи управління сучасного автомобіля немислимі без датчиків. Автомобільні датчики оцінюють значення неелектричних параметрів і перетворять їх в електричні сигнали. Як сигнал виступає напруга, струм, частота та ін. Сигнали перетворюються в цифровий код і передаються в електронний блок управління, який відповідно до закладеної програми пускає в хід виконавчі механізми.
Датчики бувають активними і пасивними. В активному датчику електричний сигнал виникає за рахунок внутрішнього енергетичного перетворення. Пасивний датчик перетворює зовнішню електричну енергію.
Датчики застосовуються практично у всіх системах автомобіля. У двигуні вони вимірюють температуру і тиск повітря, палива, масла, охолоджувальної рідини. До багатьох рухомих частин автомобіля ( колінчастий вал , розподільний вал, дросельна заслінка , Вали в коробці передач, колеса, клапан рециркуляції відпрацьованих газів) підключені датчики положення і швидкості. Велика кількість датчиків використовується в системах активної безпеки .
Залежно від призначення розрізняють такі типи автомобільних датчиків: положення і швидкості, витрати повітря, контролю емісії відпрацьованих газів, температури, тиску.
Датчики положення і швидкості
Перетворення лінійного або кутового переміщення контрольованого об'єкта в електричний сигнал проводиться за допомогою датчиків положення і швидкості. В автомобілі використовуються датчики положення колінчастого вала , положення розподільного валу , положення дросельної заслінки , рівня палива , положення педалі акселератора , частоти обертання колеса , кута повороту рульового колеса .
Датчики положення і швидкості виконуються контактними або безконтактними. Незважаючи на те, що перевага віддається безконтактним датчикам, контактні пристрої ще широко застосовуються. При всіх перевагах, контактні датчики мають один суттєвий недолік - схильність до забруднення і, відповідно, зниження точності вимірювань.
До контактних датчикам положення відносяться потенціометри з рухомими контактами, які вимірюють лінійні і кутові переміщення об'єкта. Рухливі контакти переміщаються по довжині змінного резистора і змінюють його опір, пропорційне фактичній переміщенню об'єкта. Потенціометри широко використовуються в якості датчика положення дросельної заслінки, датчика положення педалі газу, об'ємного витратоміра повітря, датчика рівня палива і ін.
В основу роботи безконтактних датчиків положення і швидкості покладені різні фізичні явища і ефекти, і відповідні їм датчики: індуктивні, Виганда, Холла, магніторезистивні, оптичні і безліч інших.
Індуктивний датчик широко використовується в якості датчика положення колінчастого валу. Він містять постійний магніт, магнітопровід і котушку. Коли сталевий об'єкт (зуб шестерні) наближається до датчика, магнітне поле збільшується, а в котушці наводиться змінна напруга. На відміну від індуктивних датчиків датчики Виганда не використовують постійний магніт, а активуються зовнішнім магнітом.
Найбільш затребувані безконтактні датчики побудовані на ефекті Холла. Суть ефекту полягає в тому, що постійний магніт, пов'язаний з вимірюваним об'єктом, при обертанні генерує напруга, пропорційне кутовому положенню об'єкта. У датчиках Холу використовується кілька схем вимірювання положення і швидкості: обертовий переривник, багатополюсний кільцевої магніт, феромагнітний зубчастий ротор. Для вимірювання кутової швидкості зубчастого ротора застосовується диференційний датчик Холла - два поруч розташованих вимірювальних елемента, що дозволяють бачити зуб і западину одночасно.
Магніторезистивні датчики почали застосовуватися порівняно недавно, але дуже популярні. Вони побудовані на магніторезистивному ефекті - властивості деяких струмопровідних матеріалів змінювати свій опір в зовнішньому магнітному полі. Розрізняють анізотропні Магніторезістори (АМР) і гігантські Магніторезістори (ГМР). АМР-датчики використовують електричний опір феромагнітних матеріалів. Вимірювальний елемент ГМР-датчика складається з чергуються феромагнітних і немагнітних шарів. Анізотропні Магніторезістори застосовуються в датчику кута повороту рульового колеса.
В оптичному датчику для визначення кутового положення використовуються светомодулірующій диск з чергуються прозорими і непрозорими секторами. Диск розташовується між світлодіодом і фоторезистором. При переміщенні (повороті) диска на фоторезистори виробляються електричні імпульси, за якими визначається кут і швидкість повороту вала.
Датчики витрати повітря
Витрата повітря, що надходить у двигун, визначається за об'ємом або масою. Датчики визначають витрата повітря за обсягом називають об'ємними витратомірами. Робота таких датчиків побудована на оцінці переміщення заслінки, пропорційного величині потоку повітря.
Витрата повітря по масі оцінюється датчиком масової витрати повітря . Найбільше застосування знайшли мікромеханічні витратоміри, побудовані на тонкоплівкових нагріваються елементах - терморезистор. Повітря, проходячи через терморезистори, охолоджує їх. При цьому, чим більше проходить повітря, тим сильніше охолоджуються терморезистори. Визначення масової витрати повітря побудовано на вимірі потужності і струму, необхідних для підтримки постійної температури терморезисторов.
Датчики контролю емісії відпрацьованих газів
Регулювання вмісту шкідливих речовин у відпрацьованих газах забезпечують датчики контролю емісії, до яких відносяться датчик концентрації кисню і датчик оксиду азоту.
кисневий датчик (Інша назва - лямбда-зонд) встановлюється у випускній системі і в залежності від вмісту кисню в відпрацьованих газах виробляє певний сигнал. На підставі сигналу система управління двигуном підтримує стехіометричний склад паливно-повітряної суміші (т.зв. лямбда-регулювання).
На сучасних автомобілях, обладнаних каталітичним нейтралізатором, встановлюється два датчика концентрації кисню. Кисневий датчик на виході з нейтралізатора контролює його працездатність і забезпечує вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах в межах встановлених норм.
Датчик оксидів азоту контролює вміст оксидів азоту у відпрацьованих газах. Він встановлюється в випускний системі бензинових двигунів з безпосереднім уприскуванням палива після додаткового (накопичувального) нейтралізатора. Датчик включає дві камери. У першій камері оцінюється концентрація кисню. По-друге камері відбувається відновлення оксидів азоту на кисень і азот. Концентрація оксидів азоту оцінюється за величиною відновленого кисню.
датчики температури
Вимірювання температури проводиться в різних системах автомобіля:
Для вимірювання температури застосовуються терморезистори з негативним температурним коефіцієнтом. Зі збільшенням температури опір термістора знижується, відповідно зростає струм. Як датчик температури використовується також термопара - провідник, що складається з двох різних металів і під впливом температури генерує термоелектричне напруга.
датчики тиску
У сучасних автомобілях використовується велика кількість датчиків тиску, за допомогою яких вимірюється тиск у впускному колекторі , тиск палива в системі уприскування , тиск у шинах , Тиск робочої рідини в гальмівній систем, тиску масла в системі змащення.
Для оцінки тиску застосовується п'єзорезистивного ефект, який полягає в зміні опору тензорезистора при механічному розтягуванні діафрагми. Вимірюється тиск може бути абсолютним або відносним. Датчик тиску у впускному колекторі вимірює абсолютний тиск, тобто тиск повітря щодо вакууму.
Представлена класифікація охоплює далеко не всі автомобільні датчики. Необхідно згадати ряд інших датчиків: датчик детонації, датчик рівня масла, датчик дощу. датчик детонації оцінює вібрацію двигуна, яка супроводжує неконтрольоване займання паливно-повітряної суміші. Датчик являє собою п'єзоелектричний елемент, який при вібрації генерує електричний сигнал.
Датчик рівня масла в сучасному двигуні замінює функції щупа. Рівень масла може вимірюватися поплавця перемикачем або більш досконалим тепловим датчиком, який крім рівня масла вимірює його температуру. Датчик дощу забезпечує автоматичну роботу склоочисників. Конструктивно він об'єднаний з датчиком освітленості.