Датчики положения, и перемещения

Для определения положений дроссельной заслонки и угловой скорости перемещения (частоты вращения) коленчатого вала применяют датчики контактного типа.

Основой потенциометрического датчика является пленочный резистор с несколькими контактными дорожками, с которыми контактируют упругие токосъемные элементы. Последние связаны с осью датчика и перемещаются вместе с ней. Токосъемные элементы обеспечивают получение сигналов ускорения при резком открытии дроссельной заслонки, о холостом ходе двигателя, информацию о положении дроссельной заслонки и полном или близком к нему открытий дроссельной заслонки.

Основные требования к датчику положения дроссельной заслонки: высокая долговечность и стабильность работы при отсутствии дребезжания контактов. Эти требования выполняются за счет подбора износостойких материалов дорожек и контактных площадок токосъемных элементов.

Недостатки электромеханических датчиков контактного типа отсутствуют в бесконтактных датчиках, в частности, оптоэлектронных датчиках с кодирующим диском. Разрешающая способность датчика может быть меньше 1° за счет применения прецизионных кодирующих дисков и оптических или фотоэлектрических устройств. Кодирующий диск имеет прорези или прозрачные площадки. По разным сторонам диска установлены источники света и фоточувствительные элементы (обычно фотодиоды). При вращении диска свет попадает на определенную комбинацию фотодиодов (фотоэлементов), что позволяет однозначно определять угол поворота диска.

Индуктивные датчики перемещения в электронных системах управления двигателем используются в основном для измерения частоты вращения коленчатого или распределительного вала двигателя. Они предназначены также для определения ВМТ первого цилиндра или другой специальной метки, служащей началом отсчета для системы управления, чем обеспечивается синхронизация функционирования системы управления с рабочим процессом двигателя.

Индукционная катушка датчика размещена вокруг постоянного магнита, полюс которого со стороны, обращенной к объекту вращения, например, к зубчатому венцу маховика (см, рис. 7.28, б), имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. Магнитопровод установлен с небольшим зазором относительно зубьев вращающегося зубчатого венца маховика.

При перемещении зубьев относительно магнитопровода величина зазора между ними меняется. Это вызывает изменение магнитной индукции и появление двухполярного электрического импульса в индукционной катушке. Две пикообразные полуволны импульса расположены симметрично относительно оси, проходящей через нулевую точку, а нулевая точка соответствует центру каждого зуба, что позволяет с большой точностью определить их положение.

Амплитуда выходного сигнала датчика зависит от длины воздушного зазора между магнитопроводом и маркерным зубом и от скорости изменения магнитной индукции, зависящей от скорости перемещения зуба.

Индуктивные датчики относятся к числу наиболее надежных датчиков в электронных системах управления автомобильными двигателями. Конструкция индуктивного датчика показана на рис. 7.36.

Датчики детонации

Датчики детонации отличаются большим разнообразием по конструкции и физическим принципам работы, так как имеет место большое количество признаков проявления детонации. Соответственно, датчики могут размещаться на двигателе в различных местах.Наиболее распространен способ установления детонации с помощью пьезокварцевого вибродатчика (рис.7.37), все элементы которого крепятся к основанию 1, выполненому из титанового сплава. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из двух включенных параллельно кварцевых пьезоэлементов. При возникновении детонации (вибрации) инерционная масса 3 воздействует на пьезоэлементы 2 с соответствующей частотой и усилием. В результате пьезоэффекта появляется переменный сигнал, который снимается с кварцевых пластин с помощью выводов из латунной фольги 4.

Датчики кислорода (λ-зонды)

Известны два типа датчиков кислорода. В одном из них чувствительным элементом является диоксид циркония ZrO₂, во втором - диоксид титана TiO₂. Оба типа датчиков реагируют на парциальное давление кислорода.

Циркониевый датчик (рис. 7.38) имеет два электрода - внешний 4 и внутренний 5. Оба электрода выполнены из пористой платины или ее сплава и разделены слоем твердого электролита. Электролитом является диоксид циркония Zr2 с добавлением оксида иттрия Y₂O₃ повышения ионной проводимости электролита. Среда, окружающая внутренний электрод, имеет постоянное парциальное давление кислорода. Внешний электрод омывается потоком отработавших газов в выпускной системе двигателя с переменным парциальным давлением кислорода. Ионная проводимость твердого электролита, возникающая вследствие разности парциальных, давлении кислорода на внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов между ними.

При низком уровне парциального давления кислорода в отработавших газах, когда .двигатель работает на обогащенной смеси (λ<1), датчик, как гальванический элемент, генерирует высокое напряжение (700-1000 мВ). При переходе на обедненную смесь(λ>1) парциальное давление кислорода в отработавших газах заметно увеличивается, что приводит к резкому падений напряжения на выходе датчика до 50-100 мВ. Такое резкое падение напряжения датчика (рис. 7.39) при переходе от обогащенных к обедненных смесям позволяет определить стехиометрический состав смеси с погрешностью не более ±0,5 %.

Конструкция датчика кислорода на основе диоксида циркония показана на рис. 7.40.

Принцип работы датчика кислорода на базе диоксида титана TiO₂ основан на изменении электропроводности TiO₂ при изменении парциального давления кислорода в выпускной системе. Конструкция датчика представлена на рис. 7.41. Параллельно чувствительному элементу 1 датчика подключен термистор для компенсации влияния температуры на сопротивление соединения TiO₂. 7.6.