Η ακριβής μέτρηση στροφών στους σύγχρονους βενζινοκινητήρες είναι ζωτική για την λειτουργία του όλου ηλεκτρονικού συστήματος ανάφλεξης και ψεκασμού. Για τον σκοπό αυτό, σε όλα τα συστήματα χρησιμοποιείται τουλάχιστον ένας αισθητήρας στροφών που μετράει τις στροφές του κινητήρα στέλνοντας ένα κατάλληλο ηλεκτρικό σήμα στον ‘’εγκέφαλο’’- ECU. Στους περισσότερους κατασκευαστές, ο αισθητήρας αυτός είναι επαγωγικού τύπου και μετράει τις στροφές του στροφαλοφόρου ενώ ταυτόχρονα ανιχνεύει και τη χρονική στιγμή που το έμβολο του 1ου κυλίνδρου φτάνει στο άνω νεκρό σημείο (ΑΝΣ), δηλαδή εκτελεί διπλή λειτουργία. Σε κάποιους κατασκευαστές (π.χ. Toyota) σε παλαιότερα συστήματα, ο αισθητήρας βρισκόταν μέσα στον διανομέα (επομένως μετρούσε τις στροφές του εκκεντροφόρου), ενώ ένας δεύτερος αισθητήρας ανίχνευε το ΑΝΣ.
Ένας άλλος διαδεδομένος τύπος αισθητήρα στροφών είναι ο αισθητήρας τύπου Hall ο οποίος χρησιμοποιείται κατά κανόνα ως αισθητήρας θέσης εκκεντροφόρου και δευτερευόντως ως αισθητήρας μέτρησης στροφών (για καταστάσεις λειτουργίας ανάγκης). Αισθητήρας τύπου Hall, χρησιμοποιείται επίσης και ως αισθητήρας ταχύτητας οχήματος στην έξοδο του σασμάν και πληροφορεί την ECU για το αν το όχημα βρίσκεται σε κίνηση.
Όλοι οι παραπάνω τύποι αισθητήρων παράγουν ένα σήμα που οφείλεται στην μεταβολή του μαγνητικού πεδίου μπροστά από τον αισθητήρα. Το μαγνητικό πεδίο παράγεται από ένα μόνιμο μαγνήτη που βρίσκεται μέσα στο σώμα του αισθητήρα, ενώ η μεταβολή του γίνεται από ένα οδοντωτό τροχό ο οποίος περιστρέφεται μπροστά από τον αισθητήρα. Καθώς διαδοχικά ένα ‘’δόντι’’ και ένα ‘’κενό δοντιού’’ περνάνε μπροστά από τον αισθητήρα, η μεταβολή του μαγνητικού πεδίου παράγει είτε μια επαγωγική τάση στους επαγωγικούς είτε μια τάση Hall στους αισθητήρες τύπου Hall.
Επαγωγικός Αισθητήρας αριθμού στροφών και Α.Ν.Σ.
(Crankshaft Position (CKP) Sensor ή Magnetic Pulse Generator)
Συμβολισμός :
Θέση
Ο επαγωγικός αισθητήρας στροφών και ΑΝΣ είναι τοποθετημένος εφαπτομενικά σε έναν οδοντωτό τροχό, ο οποίος συνήθως βρίσκεται στο βολάν του στροφαλοφόρου. Ο οδοντωτός τροχός περιστρέφεται με τις στροφές του στροφαλοφόρου και έχει 60 μείον 2 δόντια, δηλαδή έχει 58 δόντια. Το κενό των δύο δοντιών που λείπουν χρησιμεύει στην ανίχνευση του ΑΝΣ, όπως θα αναφερθεί παρακάτω.
Κατασκευή - λειτουργία
Ο αισθητήρας αποτελείται από έναν μόνιμο μαγνήτη, έναν πυρήνα από μαλακό σίδηρο και ένα πηνίο από χαλκό (σχ.1). ).
1 Mόνιμος_μαγνήτης
2 Κέλυφος_αισθητήρα
3 Στήριξη_του_αισθητήρα
4 Πυρήνας_από_μαλακό_σίδηρο
5 Πηνίο
6 Διάκενο (0,5 -1,5 mm)
7 Μαγνητικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου
8 Οδοντωτός_τροχός_με_σημείο_αναφοράς (κενό δύο δοντιών)
Όταν τα δόντια του γραναζιού περνούν μπροστά από τον αισθητήρα μεταβάλλεται η μαγνητική ροή στον πυρήνα του αισθητήρα. Από τη μεταβολή της μαγνητικής ροής παράγεται στο πηνίο μια εναλλασσόμενη τάση από επαγωγή(σχ. 2).
Όταν μπροστά από τον αισθητήρα περάσει το κενό των δοντιών το σήμα μεταβάλλεται όπως φαίνεται στο σχ.2 .
Με την αύξηση του αριθμού στροφών τόσο η συχνότητα όσο και το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης, αυξάνονται. Oελάχιστος αριθμός στροφών για ικανοποιητικό σήμα είναι 20 r.p.m.
Ένας A/D μετατροπέας στην ECU, μετατρέπει την ημιτονοειδή τάση μεταβλητού πλάτους, σε μία ψηφιακή τάση με σταθερό πλάτος. Από την συχνότητα (ή την περίοδο) του σήματος, η ECU υπολογίζει τον αριθμό στροφών του στροφαλοφόρου.
Υπολογισμός της θέσης του στροφαλοφόρου
Όταν ανιχνεύεται από την ECU μια απόσταση μέσα στο σήμα, μεγαλύτερη από την προηγούμενη και από την επόμενη, αναγνωρίζεται το κενό των δοντιών. Το κενό των δοντιών αντιστοιχεί σε ορισμένη θέση του στροφαλοφόρου στον κύλινδρο 1 (π.χ. 1080 πριν το ΑΝΣ). Η ECU συγχρονίζει την ανάφλεξη με αυτήν την θέση του στροφαλοφόρου. Για κάθε δόντι ή διάκενο που ακολουθεί, η ECU υπολογίζει την θέση του στροφαλοφόρου, αυξάνοντας την κατά 3 μοίρες.
Σχ. 3: Μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης σε ψηφιακή(κάτω) και υπολογισμός του ΑΝΣ.
Πρέπει να σημειωθεί ότι η ανίχνευση του ΑΝΣ δεν αρκεί για να γνωρίζει η ECU αν στον κύλινδρο 1 γίνεται συμπίεση ή εξαγωγή. Στα συστήματα που η ανάφλεξη γίνεται μόνο με βάση το σήμα του αισθητήρα αυτού, (εφόσον δεν υπάρχει διανομέας- DIS) αναγκαστικά δίδεται διπλός σπινθήρας, δηλαδή τα μπουζί δίνουν σπινθήρα ταυτόχρονα και στον κύλινδρο που κάνει συμπίεση και στον κύλινδρο που κάνει εξαγωγή. Για να μπορέσει η ECU να γνωρίζει ποιος κύλινδρος κάνει συμπίεση, χρειάζεται και δεύτερο σήμα από κάποιο αισθητήρα θέσης εκκεντροφόρου (συνήθως τύπου Hall). Στην περίπτωση αυτή, συνδυάζει τα δύο σήματα για να συγχρονίσει την ανάφλεξη μόνο στον κύλινδρο που κάνει συμπίεση (σχ.4)
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο αισθητήρας παράγει μια εναλλασσόμενη τάση, η συχνότητα της οποίας είναι ανάλογη του αριθμού των στροφών του κινητήρα (σχ.5).
Από την εναλλασσόμενη αυτή τάση, μπορεί να υπολογισθεί στον παλμογράφο η ταχύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου:
Αν είναι Τδ η περίοδος του σήματος, τότε η περίοδος μιας περιστροφής του στροφαλοφόρου θα είναι Τn=60Τδ και ο αριθμός στροφών του κινητήρα θα είναι ή (rpm),
ή αν η Τδ μετριέται σε ms (rpm)
Ένας άλλος διαδεδομένος τύπος αισθητήρα στροφών είναι ο αισθητήρας τύπου Hall ο οποίος χρησιμοποιείται κατά κανόνα ως αισθητήρας θέσης εκκεντροφόρου και δευτερευόντως ως αισθητήρας μέτρησης στροφών (για καταστάσεις λειτουργίας ανάγκης). Αισθητήρας τύπου Hall, χρησιμοποιείται επίσης και ως αισθητήρας ταχύτητας οχήματος στην έξοδο του σασμάν και πληροφορεί την ECU για το αν το όχημα βρίσκεται σε κίνηση.
Όλοι οι παραπάνω τύποι αισθητήρων παράγουν ένα σήμα που οφείλεται στην μεταβολή του μαγνητικού πεδίου μπροστά από τον αισθητήρα. Το μαγνητικό πεδίο παράγεται από ένα μόνιμο μαγνήτη που βρίσκεται μέσα στο σώμα του αισθητήρα, ενώ η μεταβολή του γίνεται από ένα οδοντωτό τροχό ο οποίος περιστρέφεται μπροστά από τον αισθητήρα. Καθώς διαδοχικά ένα ‘’δόντι’’ και ένα ‘’κενό δοντιού’’ περνάνε μπροστά από τον αισθητήρα, η μεταβολή του μαγνητικού πεδίου παράγει είτε μια επαγωγική τάση στους επαγωγικούς είτε μια τάση Hall στους αισθητήρες τύπου Hall.
Επαγωγικός Αισθητήρας αριθμού στροφών και Α.Ν.Σ.
(Crankshaft Position (CKP) Sensor ή Magnetic Pulse Generator)
Συμβολισμός :
Θέση
Ο επαγωγικός αισθητήρας στροφών και ΑΝΣ είναι τοποθετημένος εφαπτομενικά σε έναν οδοντωτό τροχό, ο οποίος συνήθως βρίσκεται στο βολάν του στροφαλοφόρου. Ο οδοντωτός τροχός περιστρέφεται με τις στροφές του στροφαλοφόρου και έχει 60 μείον 2 δόντια, δηλαδή έχει 58 δόντια. Το κενό των δύο δοντιών που λείπουν χρησιμεύει στην ανίχνευση του ΑΝΣ, όπως θα αναφερθεί παρακάτω.
Κατασκευή - λειτουργία
Ο αισθητήρας αποτελείται από έναν μόνιμο μαγνήτη, έναν πυρήνα από μαλακό σίδηρο και ένα πηνίο από χαλκό (σχ.1). ).
2 Κέλυφος_αισθητήρα
3 Στήριξη_του_αισθητήρα
4 Πυρήνας_από_μαλακό_σίδηρο
5 Πηνίο
6 Διάκενο (0,5 -1,5 mm)
7 Μαγνητικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου
8 Οδοντωτός_τροχός_με_σημείο_αναφοράς (κενό δύο δοντιών)
Σχ. 1: Επαγωγικός Αισθητήρας αριθμού στροφών και Α.Ν.Σ.
Σχ. 2: Εναλλασσόμενη τάση επαγωγικού αισθητήρα
Με την αύξηση του αριθμού στροφών τόσο η συχνότητα όσο και το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης, αυξάνονται. Oελάχιστος αριθμός στροφών για ικανοποιητικό σήμα είναι 20 r.p.m.
Ένας A/D μετατροπέας στην ECU, μετατρέπει την ημιτονοειδή τάση μεταβλητού πλάτους, σε μία ψηφιακή τάση με σταθερό πλάτος. Από την συχνότητα (ή την περίοδο) του σήματος, η ECU υπολογίζει τον αριθμό στροφών του στροφαλοφόρου.
Υπολογισμός της θέσης του στροφαλοφόρου
Όταν ανιχνεύεται από την ECU μια απόσταση μέσα στο σήμα, μεγαλύτερη από την προηγούμενη και από την επόμενη, αναγνωρίζεται το κενό των δοντιών. Το κενό των δοντιών αντιστοιχεί σε ορισμένη θέση του στροφαλοφόρου στον κύλινδρο 1 (π.χ. 1080 πριν το ΑΝΣ). Η ECU συγχρονίζει την ανάφλεξη με αυτήν την θέση του στροφαλοφόρου. Για κάθε δόντι ή διάκενο που ακολουθεί, η ECU υπολογίζει την θέση του στροφαλοφόρου, αυξάνοντας την κατά 3 μοίρες.
Πρέπει να σημειωθεί ότι η ανίχνευση του ΑΝΣ δεν αρκεί για να γνωρίζει η ECU αν στον κύλινδρο 1 γίνεται συμπίεση ή εξαγωγή. Στα συστήματα που η ανάφλεξη γίνεται μόνο με βάση το σήμα του αισθητήρα αυτού, (εφόσον δεν υπάρχει διανομέας- DIS) αναγκαστικά δίδεται διπλός σπινθήρας, δηλαδή τα μπουζί δίνουν σπινθήρα ταυτόχρονα και στον κύλινδρο που κάνει συμπίεση και στον κύλινδρο που κάνει εξαγωγή. Για να μπορέσει η ECU να γνωρίζει ποιος κύλινδρος κάνει συμπίεση, χρειάζεται και δεύτερο σήμα από κάποιο αισθητήρα θέσης εκκεντροφόρου (συνήθως τύπου Hall). Στην περίπτωση αυτή, συνδυάζει τα δύο σήματα για να συγχρονίσει την ανάφλεξη μόνο στον κύλινδρο που κάνει συμπίεση (σχ.4)
Σχ. 4: Συνδυασμός των σημάτων αισθητήρα στροφαλοφόρου (πάνω) και αισθητήρα εκκεντροφόρου (κάτω).
Σήμα του αισθητήραΌπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο αισθητήρας παράγει μια εναλλασσόμενη τάση, η συχνότητα της οποίας είναι ανάλογη του αριθμού των στροφών του κινητήρα (σχ.5).
Σχ. 5: Σήμα επαγωγικού αισθητήρα στροφών και ΑΝΣ
Αν είναι Τδ η περίοδος του σήματος, τότε η περίοδος μιας περιστροφής του στροφαλοφόρου θα είναι Τn=60Τδ και ο αριθμός στροφών του κινητήρα θα είναι ή (rpm),
ή αν η Τδ μετριέται σε ms (rpm)
Πηγή: Wikipedia
13epal-esp-thess.thess.sch.gr
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου