Diagnostyka.docx

07.12.2012r.

Politechnika Śląska Wydział Elektryczny

Laboratorium z Inżynierii elektrycznej w transporcie

„Diagnostyka równoległa w pojazdach”

Grupa dziekańska 1

Sekcja 4:

Marek Kaleta

Michał Malejka

Piotr Toborek

Mateusz Piątek

Mariusz Majmurek

Kamil Węgrzyk

System Motronic

Praca systemu Motronic opiera się na elektronicznym sterowniku, składającym się z mikroprocesora oraz wbudowanej pamięci. W pamięci zapisany jest program pracy z danymi określającymi dawkę wtryskiwanego paliwa i kąt wyprzedzenia zapłonu.

Za pośrednictwem czujników do mikroprocesora dostarczane są dla każdego cyklu wtrysku i zapłonu informacje dotyczące ilości zasysanego powietrza, prędkości obrotowej, pozycji wału korbowego oraz temperatury zasysanego powietrza i temperatury silnika.

Czujniki mierzą ilość powietrza, prędkość obrotową oraz temperaturę. Porównując wartości zmierzone przez czujniki z danymi zapisanymi w programie, procesor oblicza indywidualne wymogi dla kolejnego cyklu wtrysku i zapłonu. I tak np. moment wtrysku oraz dawka paliwa są zupełnie inne w przypadku zimnego silnika i dynamicznego przyspieszania niż w przypadku równomiernej prędkości i rozgrzanego silnika.

Rys. 6.1. Schemat poglądowy układu ML Motronic 4.1: 1 – zbiornik paliwa, 2 – sterownik,
3 – pompa paliwa, 4 – filtr paliwa, 5 – cewka zapłonowa, 6 – rozdzielacz zapłonu,
7 – świeca zapłonowa, 8 – wtrys­kiwacz, 9 – kolektor wtryskiwaczy, 10 – regulator ciśnienia paliwa, 11 – śruba regulacyjna obrotów biegu jałowego, 12 – przepustnica, 13 – czujnik położenia przepustnicy, 14 – przep­ły­womierz, 15 – czujnik temperatury powietrza zasysanego, 16 – sonda lambda, 17 – czujnik temperatury silnika, 18 – mechanizm biegu jałowego, 19 – czujnik indukcyjny prędkości i położenia wału korbowego, 20 – akumulator, 21 – wyłącznik zapłonu, 22 – przekaźnik główny systemu, 23 – przekaźnik pompy paliwa

Porównanie czujników indukcyjnych, hallotronowych

Czujnik indukcyjny

Wykorzystują one prawo indukcji elektromagnetycznej do pomiarów prędkości, wytwarzając na swym dwubiegunowym wyjściu napięcie UA  zmieniające się proporcjonalnie do strumienia magnetycznego φ. Przy czym strumień ten jest funkcją położenia kątowego x i szczeliny powietrza, dlatego zachowanie stałej grubości szczeliny powietrznej (np. wskutek drgań lub luzów) jest wadą tych czujników. Efekt ten wywołuje impulsy napięcia , trudne lub w ogóle niemożliwe do odróżnienia od rzeczywistych sygnałów prędkości. Takie błędne impulsy mogą łatwo osiągać duża amplitudę, gdyż strumień magnetyczny zmienia się wraz z wartością szczeliny powietrznej, a ponadto często mogą wywoływać odchylenia o dużej częstotliwości. Z podanych powodów czujniki nie nadają się do pomiaru bardzo małych prędkości. Podstawową wadą czujników jest zbyt duża wartość napięcia wyjściowego przy dużej prędkości obrotowej, znacznie przekraczająca 100 V, elektronicznie trudna do obróbki. Na przykład gdy wysokie szczytowe wartości napięcia zostaną obcięte przez diodę Zenera, z powodu związanej z tym zmiany impedancji resztkowej czujnika bardzo szybko powstają znaczne błędy kątowe, co w przypadku czujnika położenia wału korbowego lub wałów rozrządu jest bardzo nie pożądane, gdyż w takich zastosowaniach wymagana dokładność wyznaczania kąta wynosi 0,2°. Amplituda sygnału bardzo silnie zależy od szczeliny powietrznej i wielkości zębów.

W zależności od modelu, czujniki indukcyjne posiadają różne obwody wyjściowe zapewniające różne sygnały użyteczne.
Typy obwodów wyjściowych:

·         Czujniki indukcyjne z wyjściem dwustanowym:

bezpotencjałowym, obwód stanowi styk przełączany gdy czujnik zostaje zainicjowany,

PNP – czujnik zainicjowany wystawia na wyjściu stan wysoki bliski jego napięciu zasilania

NPN – czujnik zainicjowany wystawia na wyjściu stan niski 0 V

·         Czujniki indukcyjne z wyjściem analogowym

0;4..20 mA – czujnik zainicjowany wystawia na wyjściu sygnał w zakresie 0..20 mA lub 4..20 mA w zależności od odległości inicjatora od czujnika

0..10 V – czujnik zainicjowany wystawia na wyjściu sygnał w zakresie 0..10 V w zależności od odległości inicjatora od czujnika

1- krzywka

2-wrąb

3-progi załączania

4-rozpoznawane ostre miejsce zerowe

5-zbocze przygotowawcze

6-zbocze wyłączania

Zalety:

·         Małe koszty wytwarzania

·         Duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne: mniejsza statyczna rezystancja wewnętrzna (dynamicznie większa), brak elektroniki w miejscu pomiaru (elektryczna pasywność), która musiałaby być chroniona przed zakłóceniami

·         Nieczułość na zmiany napięcia stałego ( dynamiczna zasada pomiaru)

·         Szeroki zakres temperatury pracy

Wady:

·         Ograniczona możliwość zmniejszenia wymiarów przy tradycyjnym wykonaniu cewki

·         Zależność od sygnału wyjściowego prędkości obrotowej, nieprzydatność do pomiaru ruchu quasi-statycznego

·         Wrażliwość na wahania zmiany grubości szczeliny powietrznej

Czujniki hallotronowe

Proste, wyposażone w jeden magnetyczny punkt pracy czujniki hallotronowe o kształcie sztabkowym nie nadają się do statycznych lub quasi-statycznych próbkowań pasywnych magnetycznie wirników, gdyż ich punkt namagnesowania zależy zbyt silnie od grubości szczeliny powietrznej. W tym układzie osiągalny skok indukcji jest zbyt mały dla niezawodnego włączania. Proste czujniki hallotronowe nadają się jednak bardzo dobrze do próbkowania aktywnych magnetycznie wirników. W tym przypadku można zrezygnować z magnetycznych punktów pracy  - czujnik będzie wysterowany od wirnika tylko wokół magnetycznego punktu zerowego ze zmienną biegunowością. Wraz ze zmniejszeniem grubości szczeliny powietrznej zmniejsza się wprawdzie magnetyczny skok sterujący, lecz położenie pracy (B=0) nie ulega zmianie. Odchylenia szczelin powietrznych nie mogą też w takim układzie wywoływać błędnych impulsów, gdyż nie prowadzą do zmiany biegunów, która i tak charakteryzuje ruch roboczy (obrót).

Zalety:

·         Sygnał uzyskany z czujnika halla ma od razu przebieg prostokątny, więc nie wymaga dalszego przetwarzania

·         Amplituda sygnału nie zależy nie zależy od częstości jego pojawiania się oraz od odległości od źródła sygnału

·         Znaczna dokładność pomiaru

Wady:

·         Wymagana duża precyzja wykonania co powoduje znaczne zwiększenie kosztów produkcji

·         Konieczność zasilania czujnika

Sonda Lambda

Cyrkonowa

Sondy te posiadają czuły element w kształcie tulejki, której zewnętrzna część jest w kontakcie ze spalinami, zaś wewnętrzna część z powietrzem atmosferycznym. Obie części elementu pokryte są cieniutką warstwą platyny. Właśnie to pokrycie wytwarza napięcie przekazywane na przewód łączący, i dalej do ECU. Własności elementu cyrkonowego (ponad 300'C) umożliwiają przejście przez niego jonów tlenu i wytworzenie ładunku na platynie. Jakakolwiek różnica w poziomie zawartości tlenu pomiędzy powierzchniami elementu powoduje powstawanie napięcia. Kiedy mieszanka jest zbyt uboga, napięcie jest niskie, jeżeli zaś mieszanka jest zbyt bogata, napięcie jest wysokie. Spaliny potrafią oczywiście utrzymać sondę w odpowiedniej temperaturze, ale w celu przyspieszenia tego procesu przy zimnym silniku, najnowsze typy sond, 3 lub 4 przewodowych, wyposażone są w wewnętrzny element grzewczy. Sygnał napięciowy wytwarzany przez sondę cyrkonową zależy od różnicy poziomu zawartości tlenu w spalinach i w atmosferze, który określany jest jako Odniesienie Otoczenia. W trakcie takiej operacji sygnał napięciowy zmienia się od maksimum 800-1000mV do minimum 100mV, mniej więcej raz na sekundę i generuje średni odczyt monitorowanego gazu. Jeżeli wartość sygnału wynosi ponad 0,5V, oznacza to, że mieszanka jest bogata, kiedy zaś jest ona niższa od 0,5V, mieszanka jest uboga. Aby katalizator mógł pracować z maksymalną skutecznością, stosunek powietrza do paliwa musi być utrzymywany na poziomie możliwie najbliższym 14,7 do 1. Wartość ta nazywana jest Punktem Stechiometrycznym lub "Lambda 1". Centralka ECU przetwarza sygnały otrzymywane od sondy lambda i dostosuje spalanie w taki sposób, aby ciągle utrzymywać się w pobliżu Lambda 1.

Tytanowa

W odróżnieniu od sondy cyrkonowej, która wytwarza napięcie, sonda tytanowa zmienia swą oporność w funkcji poziomu zawartości tlenu w spalinach. Kiedy układ spalania pracuje na optymalnym poziomie, napięcie odniesienia, wynoszące zazwyczaj 5 Volt, podawane jest z centralki ECU do sondy lambda. Napięcie to przechodzi poprzez oporność tytanową i centralka ECU monitoruje napięcie sygnału powrotnego. Zważywszy, że sonda tytanowa nie bazuje podczas pomiarów na odniesieniu do powietrza atmosferycznego, zanieczyszczenie atmosferyczne nie ma wpływu na jej działanie. Zanieczyszczenie atmosferyczne może wystąpić w związku z ruchem pojazdów lub w przypadku penetracji wody. Fakt ten, w połączeniu z temperaturą sondy utrzymywaną na bardziej stabilnym poziomie, zapewnia skuteczniejszą i niezawodną kontrolę mieszanki. Oporność sondy tytanowej zmienia się w zależności od składu spalin. Kiedy w spalinach jest nadmiar tlenu (mieszanka uboga), oporność jest wysoka i wynosi około 20 000 omów. Kiedy zaś poziom zawartości tlenu w spalinach jest niski (mieszanka bogata), oporność sondy jest niska i wynosi około 1 000 omów. Sonda tytanowa działa sprawnie w zakresie temperatur wynoszącym od 700 do 800'C. Wszystkie sondy tytanowe są ogrzewane. Te dwa typy sond uniwersalnych nie są wzajemnie zamienne.

Przebieg czasowy sondy lambda

Diagnostyka

Uszkodzenia uniwersalnych sond lambda mogą powstać w wyniku długotrwałej pracy silnika na zbyt bogatej mieszance, w wyniku wad w zapłonie lub w wyniku przedostawania się płynu chłodzącego do układu wydechowego, na przykład przez przepaloną uszczelkę głowicy silnika. Należy pamiętać, że ewentualna nieszczelność układu wydechowego wpływa na poziom zawartości tlenu w spalinach. Wiadome jest, że sonda lambda zaczyna dawać oznaki zużycia po około 50 000 km. Można to zaobserwować przy pomocy oscyloskopu, testerów diagnostycznych i testerów sond lambda Magneti Marelli. Na oscyloskopie jest to widoczne w postaci wydłużenia kształtu przebiegu napięcia lub w powolnej odpowiedzi na gamę napięć na testerze sond lambda. Wolne reagowanie jest zazwyczaj przyczyną uciążliwości w prowadzeniu pojazdu lub nieregularności przy niskiej szybkości. Należy także zauważyć, że prawdopodobnie spaliny będą przekraczały dopuszczalne poziomy emisji i wzrośnie zużycie paliwa.