Лекция: Принципы действия, устройство, характеристики датчиков автомобиля ВАЗ Приора

Принципы действия, устройство, характеристики датчиков автомобиля ВАЗ Приора

Введение

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).

1. Функциональные системы электронных систем двигателя

  ДПкВ- Датчик положения коленчатого вала

  ДС - Датчик скорости

 ДТ - Датчик температуры охлаждающей жидкости

 ДД- Датчик детонации

 ДМРВ- Датчик массового расхода воздуха

 ДПДЗ- Датчик положения дроссельной заслонки

 СО-П - Потенциометр

 Ф1,Ф2,Ф3,Ф4 - Форусунки

 ЭТН - Электрический топливный насос

 РХХ - Регулятор холостого хода

 ВСОЖ- Вентилятор системы охлаждения двигателем

 КОНД-Кондиционер

 СУПБ - Система улавливания паров бензина

 СЗ- Свечи зажигания

2. Описание конструкции электронной системы управления двигателем на автомобиле ВАЗ Приора

Схема электронной системы управления двигателем:

1 - аккумуляторная батарея;

2 - замок зажигания;

3 - главное реле;

4 - блок управления иммобилайзера;

5 - контроллер;

6 - диагностический разъем (колодка диагностики);

7 - датчик массового расхода воздуха;

8 - комбинация приборов (тахометр, спидометр, сигнализатор неисправности системы управления двигателем);

9 - реле вентилятора системы охлаждения;

10 - вентилятор системы охлаждения;

11 - датчик фаз;

12 - датчик детонации;

13 - датчик температуры охлаждающей жидкости;

14 - датчик скорости автомобиля;

15 - форсунка;

16 - датчик неровной дороги;

17 - катушка зажигания;

18 - реле топливного насоса;

19 - топливный модуль;

20 - электромагнитный клапан продувки адсорбера;

21 - датчик положения коленчатого вала;

22 - диагностический датчик кислорода;

23 - управляющий датчик кислорода;

24 - регулятор холостого хода

25 - датчик положения дроссельной заслонки

Элементы электронной системы управления двигателем

1 - датчик неровной дороги;2* - колодка диагностики;3 - электромагнитный клапан продувки адсорбера;4* - контроллер, блок реле и предохранителей системы управления двигателем;5* - датчик детонации;6* - управляющий датчик концентрации кислорода;7* - диагностический датчик концентрации кислорода;8 - датчик положения дроссельной заслонки;9* - предохранитель (30 А);10 - датчик массового расхода воздуха;11* - датчик температуры охлаждающей жидкости;12 - катушка зажигания;13 - датчик фаз;14* - датчик положения коленчатого вала* Элемент на фото не виден.

Двигатель ВАЗ-21126 оснащен системой распределенного фазированного впрыска топлива: бензин подается форсунками в каждый цилиндр поочередно в соответствии с порядком работы двигателя.Электронная система управления двигателем (ЭСУД) состоит из контроллера, датчиков параметров работы двигателя и автомобиля, а также исполнительных устройств.Контроллер представляет собой мини-компьютер специального на значения, в его состав входят оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и электрически перепрограммируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ).

3. Контроллер

Контроллер закреплен на кронштейне, под консолью панели приборов. Контроллер получает информацию от датчиков системы и управляет исполнительными устройствами, такими как топливный насос и форсунки, катушки зажигания, регулятор холостого хода, нагревательные элементы датчиков концентрации кислорода, электромагнитный клапан продувки адсорбера, электровентилятор системы охлаждения и различными реле системы. При включении зажигания контроллер включает главное реле, через которое напряжение питания подводится к элементам системы.При выключении зажигания контроллер задерживает выключение главного реле на время, необходимое для подготовки к следующему включению (для завершения вычислений, установки регулятора холостого хода, управления электровентилятором системы охлаждения).Контроллер также выполняет диагностические функции системы управления двигателем (бортовая система диагностики). Контроллер определяет наличие неисправностей элементов системы управления, включает сигнализатор не исправности в комбинации приборов и сохраняет в своей памяти коды неисправностей. При обнаружении неисправности, во избежание негативных последствий (прогорание поршней из-за детонации, повреждение каталитического коллектора в случае возникновения пропусков воспламенения топливо-воздушной смеси, превышение предельных значений по токсичности отработавших газов и пр.), контроллер переводит систему на аварийные режимы работы. Суть их состоит в том, что при выходе из строя какого-либо датчика или его цепи контроллер для управления двигателем применяет замещающие данные, хранящиеся в ППЗУ.

. Сигнализатор неисправности системы управления двигателем

расположен в комбинации приборов.Если система исправна, то при включении зажигания сигнализатор должен загореться - таким образом ЭСУД проверяет исправность сигнализатора и цепи управления. После пуска двигателя сигнализатор должен погаснуть, если в памяти контроллера отсутствуют условия для его включения. Включение сигнализатора при работе двигателя информирует водителя о том, что бортовая система диагностики обнаружила неисправность и дальнейшее движение автомобиля происходит в аварийном режиме. При этом могут ухудшиться некоторые параметры работы двигателя (мощность, приемистость, экономичность), но движение с такими неисправностями возможно, и автомобиль может самостоятельно доехать до СТО. Единственным исключением является датчик положения коленчатого вала, при его неисправности двигатель работать не может.

5. Сигнализатор неисправности системы управления двигателем в комбинации приборов

После устранения причин неисправности сигнализатор будет выключен контроллером через определенное время задержки, в течение которого неисправность не проявляется, и при условии, что в памяти контроллера отсутствуют другие коды неисправностей, требующие включения сигнализатора. Коды неисправностей (даже если сигнализатор погас) остаются в памяти контроллера и могут быть считаны с помощью диагностического прибора DST-2M, подключаемого к диагностическому разъему.При удалении кодов неисправностей из памяти контроллера с помощью диагностического прибора или посредством отключения аккумуляторной батареи (не менее чем на 10 с) сигнализатор гаснет.

Расположение диагностического разъема

1 - вещевой ящик;2 - диагностический разъем;3 - выключатель лампы освещения вещевого ящика Диагностический разъем (колодка диагностики) расположен на панели приборов и закрыт вещевым ящиком. Для доступа к диагностическому разъему необходимо открыть вещевой ящик и, выведя два его фиксатора из прорезей в панели приборов, опустить ящик.Датчики системы управления выдают контроллеру информацию о параметрах работы двигателя и автомобиля, на основании которых он рассчитывает момент, длительность и порядок открытия топливных форсунок, момент и порядок искрообразования.

6. Принципы действия, устройство, характеристики датчиков автомобиля ВАЗ Приора

Датчик положения коленчатого вала

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) установлен на крышке масляного насоса. Датчик выдает контроллеру информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала. Датчик - индуктивного типа, реагирует на прохождение вблизи своего сердечника зубьев задающего диска, объединенного со шкивом привода генератора. Контроллер определяет положение и частоту вращения коленчатого вала по количеству и частоте следования импульсов напряжения переменного тока на выходе датчика, а затем рассчитывает фазу и длительность импульсов управления форсунками и модулем зажигания. Датчик установлен на крышке масляного насоса напротив задающего диска, объединенного со шкивом привода генератора.

Установочный зазор между сердечником датчика и зубом задающего диска должен быть в пределах (1 ±0 2) мм.

Датчик имеет гибкий провод заканчивающийся трехконтактной вилкой.

Шкив привода генератора

Зубья расположены на диске с интервалом 6°. Два зуба из 60 срезаны, образуя впадину.При прохождении впадины мимо датчика в нем генерируется так называемый «опорный» импульс синхронизации. Установочный зазор между сердечником и вершинами зубьев должен находиться в пределах 1±0,4 мм. При вращении задающего диска изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика - в его обмотке наводятся импульсы напряжения переменного тока. По количеству и частоте этих импульсов контроллер рассчитывает фазу и длительность импульсов управления форсунками и катушками зажигания.

Датчик фаз (ДФ) закреплен спереди, справа на головке блока цилиндров.Сигнал ДФ контроллер использует для согласования процессов впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров.Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. К зубчатому шкиву распределительного вала впускных клапанов прикреплен металлический задающий диск с прорезью в ободе. Обод диска проходит через паз в наконечнике датчика.Когда прорезь в ободе диска проходит мимо наконечника датчика, датчик выдает на контроллер импульс напряжения низкого уровня (около 0 В), соответствующий положению поршня 1-го цилиндра в конце такта сжатия. При выходе из строя ДФ контроллер переходит в режим нефазированного впрыска топлива.

Взаимное расположение датчика фаз и задающего диска (для наглядности показано на снятых шкиве и датчике):1 - зубчатый шкив распределительного вала впускных клапанов;2 - задающий диск датчика;3 - паз в наконечнике датчика;4 - прорезь в ободе диска

Датчик температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) установлен в корпусе термостата.Датчик представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при повышении температуры. Контроллер подает на датчик через резистор (около 2 кОм) стабилизированное напряжение +5,0 В и по падению напряжения на датчике рассчитывает температуру охлаждающей жидкости, значения которой используются в большинстве функций управления двигателем. При возникновении неисправностей цепей ДТОЖ загорается сигнализатор неисправности системы управления двигателем, контроллер включает вентилятор системы охлаждения на постоянный режим работы и рассчитывает значение температуры по обходному алгоритму.

.Датчик положения дроссельной заслонки

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) установлен на оси дроссельной заслонки и представляет собой резистор потенциометрического типа.На один конец его резестивного элемента подается от контроллера стабилизированное напряжение +5,0 В, а другой соединен с «массой» контроллера. С третьего вывода потенциометра (ползунка), который соединен с осью дроссельной заслонки, снимается сигнал для контроллера. Периодически измеряя выходное напряжение сигнала ДПДЗ, контроллер определяет текущее положение дроссельной заслонки для расчета угла опережения зажигания и длительности импульсов впрыска топлива, а также для управления регулятором холостого хода.Так как этот датчик потенциометрического типа. Выходной сигнал представляет собой напряжение, пропорциональное перемещению X токосъемного контакта 1 которое, в свою очередь, зависит от положения дроссельной за слонки:

U_Bb,x=f(X)

При выходе из строя ДПДЗ или его цепей контроллер включает сигнализатор неисправности и рассчитывает предполагаемое значение положения дроссельной заслонки по частоте вращения коленчатого вала и массовому расходу воздуха.

. Датчик массового расхода воздуха

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) термоанемометрического типа расположен между воздушным фильтром и шлангом подвода воздуха к дроссельному узлу. Поток воздуха охлаждает чувствительный элемент датчика. Чем выше скорость потока воздуха, тем интенсивнее охлаждение. Степень этого охлаждения, переведенная в электрический сигнал, формирует выходной сигнал для контроллера. В зависимости от расхода воздуха напряжение выходного сигнала ДМРВ изменяется от 1,0 до 5,0 В. Так как степень охлаждения чувствительного элемента зависит от температуры воздуха на впуске, ДМРВ имеет встроенный датчик температуры воздуха (ДТВ). Чувствительным элементом ДТВ является термистор, установленный в потоке воздуха. Выходной сигнал ДТВ изменяется в диапазоне от 0 до 5,0 В - в зависимости от температуры воздуха, проходящего через датчик.

Взаимосвязь объемного расхода воздуха Q, температур Ti и Тr, тока I питания и сопротивления терморезистора R определяется уравнением Кинга

I^2= (К, + К₂ sqrt(Q) )/ (Т1 -Т₂),

где K1 и К2 - постоянные коэффициенты.

Отсюда легко может быть вычислен объемный расход воздуха

При выходе из строя ДМРВ или его цепей контроллер рассчитывает значение массового расхода воздуха по частоте вращения коленчатого вала и положению дроссельной заслонки. При возникновении неисправности цепи ДТВ контроллер включает сигнализатор в комбинации приборов и заменяет показания датчика фиксированным значением температуры воздуха (33 °С).

. Датчик детонации

Датчик детонации (ДД) закреплен в передней верхней части блока цилиндров.Пьезокерамический чувствительный элемент датчика генерирует сигнал напряжения переменного тока, амплитуда и частота которого соответствуют параметрам вибраций стенки блока цилиндров двигателя. При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты возрастает. При этом для подавления детонации контроллер корректирует угол опережения зажигания в сторону более позднего.

. Датчик концентрации кислорода

Управляющий датчик концентрации кислорода (УДК) установлен в катколлекторе до каталитического нейтрализатора отработавших газов.Контроллер рассчитывает длительность импульса впрыска топлива по таким параметрам, как массовый расход воздуха, частота вращения коленчатого вала, температура охлаждающей жидкости, положение дроссельной заслонки. По сигналу от УДК о наличии кислорода в отработавших газах контроллер корректирует подачу топлива форсунками так, чтобы состав отработавших газов был оптимальным для эффективной работы каталитического нейтрализатора.Кислород, содержащийся в отработавших газах, создает разность потенциалов на выходе датчика, изменяющуюся приблизительно от 50 до 900 мВ. Низкий уровень сигнала соответствует бедной смеси (наличие кислорода), а высокий уровень - богатой (кислород отсутствует). Когда УДК находится в холодном состоянии, выходной сигнал датчика отсутствует, т. к. его внутреннее сопротивление в этом состоянии очень высокое - несколько МОм (система управления двигателем работает по разомкнутому контуру). Для нормальной работы датчик концентрации кислорода должен иметь температуру не ниже 300 °С, по это му для быстрого прогрева после запуска двигателя в него встроен нагревательный элемент, которым управляет контроллер. По мере прогрева сопротивление датчика падает, и он начинает генерировать выходной сигнал. Контроллер постоянно выдает в цепь датчика стабилизированное опорное напряжение 450 мВ. Пока датчик концентрации кислорода не прогреется, его выходное напряжение находится в диапазоне от 300 до 600 мВ.При этом контроллер управляет системой впрыска, не учитывая напряжение на датчике. По мере прогрева датчика концентрации кислорода его внутреннее сопротивление уменьшается и он начинает изменять выходное напряжение, выходящее за пределы указанного диапазона. Тогда контроллер отключает нагрев датчика и начинает учитывать сигнал датчика концентрации кислорода для управления топливоподачей в режиме замкнутого контура. Датчик концентрации кислорода может быть отравлен в результате применения этилированного бензина или использования при сборке двигателя герметиков, содержащих в большом количестве силикон (соединения кремния) с высокой летучестью. Испарения силикона могут попасть через систему вентиляции картера в камеру сгорания, а оттуда - в катколлектор. В случае выхода из строя датчика концентрации кислорода или его цепей контроллер включает сигнализатор неисправности, заносит в свою память соответствующий код неисправности и управляет топливоподачей по разомкнутому контуру.