Датчики микропроцессорных систем зажигания

В микропроцессорных системах зажигания (МПСЗ), которые устанавливаются на части автомобилей ГАЗ, ВАЗ и «Москвич», применяется электронное управление углом опережения зажигания. Центральной частью микропроцессорной системы является контроллер (блок управления), который обрабатывает информацию, поступающую от датчиков, и в соответствии с ней, установив оптимальный для данного режима угол опережения зажигания, дает команду (иногда через коммутатор) на образование искры (рис. 3.12). Кроме того, МПСЗ выполняет функции электронного блока экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ).




Типы датчиков, установленных в МПСЗ, приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4. Датчики микропроцессорных систем зажигания автомобилей

Датчики температуры

Принцип действия

В основе работы этих датчиков лежит свойство проводников и полу проводников изменять свое сопротивление при изменении температуры. Но в отличие от датчиков, применяемых в контрольных приборах, выходным сигналом датчиков температуры, используемых в МПСЗ, является не сопротивление, а напряжение. Упрощенная принципиальная схема датчика температуры приведена на рис. 3.13. Терморезистор RT включен в одно из плеч измерительного моста (моста Уинстона). Такое подключение терморезистора обеспечивает независимость выходных сигналов датчика от колебаний напряжения в бортовой сети автомобиля.




Снимаемый с диагонали измерительного моста, состоящего из резисторов R1, R2, R3 и R_T, сиг мая усиливается и преобразуется в выходное напряжение датчика U_д. Величина U_д зависит от сопротивления резистора R_т. При возрастании температуры окружающей среды сопротивление R_т уменьшается, что приводит к увеличению разбалансировки моста и увеличению выходного напряжения U_д. Параметры реального датчика подобраны таким образом, что напряжение U_д линейно изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, причем величина U_д (в милливольтах) при питании датчика постоянным током 7,5 мА численно равно измеряемой температуре, выраженной в градусах Кельвина и умноженной на десять. Если, например, измеряемая температура равна 50°С (323°К), то на выходе датчика напряжение U_д будет:

U_д = 323·10 = 3230 мВ = 3,23 В

Устройство, технические характеристики. На всех автомобилях, оснащенных МПСЗ, установлены одинаковые датчики температуры модели 19.3828 (рис. 3.14). Датчик представляет собой залитую компаундом полупроводниковую микросхему (К1019ЕП1), выходное напряжение которой линейно зависит от температуры (рис. 3.15), На автомобилях ГАЗ этот датчик установлен в корпусе термостата, на автомобилях ВАЗ датчик температуры охлаждающей жидкости установлен на патрубке отвода охлаждающей жидкости из головки блока цилиндров, а датчик температуры воздуха - на корпусе воздушного фильтра. Параметры датчика приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5. Параметры датчика температуры 19.3826

Индуктивные датчики частоты вращения

Принцип действия

В основе работы индуктивных датчиков частоты вращения лежит явление электромагнитной индукции. Датчики выполнены в виде катушек 2 с магнитными сердечниками 3 (рис. 3.16). При прохождении под сердечником 3 Зубца ферромагнитного диска 4 (например, зубца венца маховика коленчатого вала двигателя) магнитный проток Ф датчика изменяется, и в катушке датчика индуцируется электродвижущая сила е_вых. Амплитуда импульсов е_вых зависит от частоты вращения коленчатого вала и зазора между сердечником и зубцом маховика.

Устройство, технические характеристики

В МПСЗ автомобилей ГАЗ, ВАЗ-21083 и -21093 в качестве датчиков начала отсчета (ДНО) и угловых импульсов (ДУИ) используются индуктивные датчики 141.3847 (рис. 3.17).



Датчик ДНО установлен над маркерным (реперным) штифтом, запрессованным в маховик, и генерирует импульс напряжения в момент прохождения маркерного штифта в его магнитном поле, что соответствует положению поршней первого и четвертого цилиндров двигателя в ВМТ.

Датчик ДУИ расположен над зубчатым ободом маховика и генерирует импульсы при прохождении в его магнитном попе зубьев обода. Поскольку на ободе имеется 128 зубьев, то период следования импульсов датчика равен 360°:128 = 2,8° по коленчатому валу.

Осциллограммы работы датчиков ДНО и ДУИ приведены на рис. 3.18. Амплитуда импульсов изменяется s пределах от 0,2 до 100 В а диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя 25...6000 мин^-1.



Датчик синхронизации ДС1 автомобиля ГАЗ-2752 по принципу действия и конструкции не отличается от индуктивного датчика 141.3847, но имеет три вывода. Срабатывает датчик при прохождении под ним зубьев специального диска синхронизации, установленного на шкиве коленчатого вала. На этом диске два зуба отсутствуют, что позволяет обойтись одним датчиком, выполняющим роль как датчика угловых импульсов, так и датчика начала отсчета (рис. 3.19).



В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала МПСЗ автомобилей ВАЗ-2110 и -2111 применен датчик 141.3847, но работает он также, как датчик ДС1 автомобиля ГАЗ-2752. Отличие составляет размещение задающего диска - на шкиве привода генератора. При вращении коленчатого вала под датчиком поочередно проходят зубья и впадины задающего диска. При шаге в 6 градусов на диске помещается 60 зубьев, но два зуба срезаны для создания импульса синхронизации, необходимого для согласования работы контроллера с ВМТ поршней 1 и 4 цилиндров. Датчик установлен на кронштейне крышки масляного насоса напротив задающего диска.

Датчики детонации

Принцип действия

Детонация, т.е. взрывное воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя, вызывает сильную вибрацию и перегрев двигателя, что может привести к механическому разрушению его деталей. В основе работы датчиков детонации лежит явление пьезоэлектрического эффекта (возникновение электрических зарядов при деформации кристаллов, рис. 3.20, а). При сжатии или растяжении прямоугольной призмы из кварца (двуокиси кремния) по оси Z на гранях F_z появляются заряды противоположного знака (продольный пьезоэффект). Величина каждого заряда:

Q_z = е·p_z·F_z,

где; Q_z - заряд в кулонах; е - пьезоэлектрическая постоянная (для кварца 2,1·10^-11 кулон/кг); p_z - удельное давление в кг/см²; F_z - поверхность грани прямоугольной призмы в см².



В датчиках детонации сжатие кварцевой пластинки 2 обеспечивается инерционной массой 1 (рис. 3.20, б), вибрирующей вместе с деталями двигателя.

Напряжение на входе электронной схемы усиления и преобразования пропорционально давлению инерционной массы на кварцевую пластинку (пьезоэлемент):



где: С - емкость кварцевой пластинки; С_сх - емкость схемы, включая емкость соединений.

В зависимости от параметров электронной схемы усиления и преобразования датчики детонации выполняются резонансными или широкополосными. В резонансных датчиках амплитуда выходного напряжения резко возрастает и превышает пороговый уровень на одной (резонансной) частоте детонации. В широкополосных датчиках амплитуда выходного напряжения превышает пороговый уровень в диапазоне частот детонации.



Датчик детонации GT305 (рис. 3.21) широкополосного типа установлен справа на блоке цилиндров двигателя у четвертого цилиндра со стороны впускного трубопровода и подключается к электрическому жгуту системы управления посредством двух контактного соединителя. Датчик состоит из кварцевого пьезоэлемента 7, инерционной массы 6, упругой шайбы 5, контактной пластины 8, штекера 1, изолятора 2 и корпуса 3. При работе двигателя его детали вибрируют. Вибрация передается инерционной массе 6 датчика, которая воздействует на пьезоэлемент с соответствующей частотой и усилием. В результате пьезоэффекта на выходе датчика появляются сигналы определенной величины и формы. При возникновении детонации амплитуда электрических сигналов датчика резко увеличивается. Блок управления реагирует на увеличение сигналов датчика коррекцией угла опережения зажигания до прекращения детонации. Параметры датчика приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6. Параметры датчика детонации GT305

Датчик детонации 12.3855, устанавливаемый на части автомобилей ВАЗ, - резонансного типа, вворачивается в верхнюю часть блока цилиндров. Он содержит (рис, 3.22, а) корпус 11 с резьбовым штуцером 12, пьезоэлемент 2, пружину 1, резистор 7, подвижную опору 8( электрический разъем 6, штуцер 5 с основанием 4, электрические контакты 6 и крышку 9. Датчик снабжен встроенным шунтирующим резистором 3. В полости 10 датчика размещена подвижная опора 8, нагруженная пружиной 1. Резистор 1 кинематически связан через пружину 1 с пьезоэлементом 2 и электрически с контактом 6. Пьезоэлектрический кристалл во время вибрации генерирует напряжение через усилитель 14 (рис. 3.22, б), размещенный на электрической плате 16 и сообщенный через электрическую цепь 13 с «массой» автомобиля, а через резистор 15 - с источником питания 5 В. Резонансная частота его характеристики совпадает с частотой детонации. Датчик установлен в верхней части блока цилиндров двигателя и регистрирует даже очень слабую детонацию. Блок управления обрабатывает полученный сигнал и корректирует угол опережения зажигания для устранения детонации. При отсутствии детонации на выходе датчика действует постоянное напряжение +2,5 В, получаемое в результате работы делителя из резисторов R1 и R2. Сигнал детонации изменяется в обе стороны от этого уровня (в диапазоне 0...5 В). Пьезоэлемент не пропускает постоянного тока, поэтому диагностирование цели датчика затруднено. В случае обрыва в цепи датчика напряжение на входе в блок управления становится равным +5 B, а в случае короткого замыкания равно нулю. В случае обнаружения неисправности блок управления существенно (на 10...15°) снижает углы опережения зажигания на большинстве режимов работы двигателя для гарантированного недопущения детонации. Мощностные и экономические характеристики автомобиля при этом ухудшаются, незначительно снижается риск повреждения деталей двигателя.

Датчик абсолютного давления

Принцип действия

В основе работы датчика абсолютного давления лежит тензорезистивный эффект: изменение сопротивления проводника в результате его деформации.



Обычно такой датчик изготавливают из кремниевой пластины, часть которой вытравливают до образования тонкой мембраны. Методом ионной имплантаций на мембране выполняют четыре тензорезистора с межзлементными соединениями (рис. 3.23, а), образующими мостовую схему (рис. 3.23, б). При изменении давления мембрана прогибается, и сопротивления тензорезисторов изменяются, причем резисторы соединены так, что при прогибе мембраны сопротивление резисторов R1 и R3 возрастает, а у R2 и R4 - уменьшается. В результате достигается высокая чувствительность измерительного моста. Выходное напряжение моста Ubmx определяется уравнением:



где: U_п - напряжение питания датчика.

Величина U_вых не превышает 0,1 В, поэтому в реальных датчиках используют усилительно-преобразовательные схемы, обеспечивающие уровень выходного напряжения датчика а несколько вольт и, кроме того, реализующие компенсацию температурной погрешности датчика.

Устройство и работа датчика

Датчик абсолютного давления 45.3829 (рис. 3.24) устанавливается на автомобилях ГАЗ-2752 и измеряет разность размещен под капотом на щитке передка, справа и соединен шлангом с впускным трубопроводом двигателя. 8 корпусе 6 датчика (рис. 3.24) размещена мембрана 1, снабженная напыленными тензорезисторами 2 и нагруженной пружиной 3 в над-мембранной полости 4. Резисторы 2 выполнены по мостовой схеме. Электрическая схема 5 усиления сигнала содержит электрические выводы 6, размещенные в разъеме 7 . Полость 10 датчика через штуцер 9 подвода разрежения сообщается с впускным трубопроводом. При изменении давления во впускном трубопроводе мембрана механически воздействует на тензорезисторы, баланс тензометрического моста нарушается, чем вызывается изменение напряжения на выходе датчика- Датчик имеет линейную характеристику зависимости выходного напряжения (0,40...4,65 В) от измеряемого давления (0,020...0,105 мПа). Информация об изменении давления во впускном трубопроводе необходима блоку управления для оценки нагрузки на двигатель (по количеству воздуха, поступающего в двигатель) и соответствующей корректировки угла опережения зажигания.



8 автомобилях ВАЗ-2110 и -2111 датчик абсолютного давления установлен на усилителе правого брызговика и соединен шлангом с впускным трубопроводом двигателя. По конструкции и принципу действия он аналогичен датчику абсолютного давления автомобиля ГАЗ-2752. В МПСЗ автомобилей ВАЗ-21083 и -21093 датчик абсолютного давления встроен в контроллер.