Датчики и контрольно-измерительные приборы автомобиля

РАНХ  и ГС

КМПО  

Реферат по дисциплине «Автомобили» на тему:

Датчики и контрольно-измерительные  приборы автомобиля 
 
 
 
 
 
 

Студентки группы 31Р-09

Грусевич Дарьи 
 
 

  Спидометр

Важнейший параметр спидометра (счетчика пробега) - передаточное число его внутреннего редуктора. Как правило, оно равно 1000. По международному стандарту, на каждую линейную единицу  пройденного автомобилем пути (например, километр) приводной вал спидометра должен сделать 1000 оборотов. Однако в  спидометрах автомобилей конструкции 60-х годов ("Волга", УАЗ, ИЖ, грузовики) это число меньше - 624. В них  трос спидометра делает 1000 оборотов не на 1 километр пути, а на 1 сухопутную милю (1609 м). В свое время, копируя  американские автомобили, наши конструкторы оставляли в коробке передач "американский" редуктор (привод) и переделывали лишь сам спидометр - так было проще. Если поставить на "Волгу" спидометр, к примеру, от "Жигулей", он будет  занижать скорость в 1,6 раза, зато счетчик  пробега (иногда его называют одометр) начнет точно отсчитывать мили.  Спидометры бывают с механическим приводом (от гибкого вала) и с электроприводом. Почти все автомобильные спидометры имеют скоростные магнитные узлы .Спидометр с приводом от гибкого вала имеет следующее устройство. Валы привода постоянного магнита приводится во вращения с помощью гибкого вала, который навивают из шести-семи слоев проволоки с противоположным направлением навивки соседних слоев. При вращении магнита его магнитный поток пронизывает катушку и индуктирует в ней вихревые токи, создающие свое магнитное поле. В результате взаимодействия этих полей катушка поворачивается в сторону вращения магнита и вызывает перемещения стрелки по шкале прибора. Смещение стрелки пропорционально частоте вращения магнита.  

Гибкий вал  обеспечивает нормальную работу спидометра при условии, что его длина  не превышает 3.3,5 м. Поэтому на большегрузных  автомобилях и автобусах, где длина гибкого вала получается большей, применяются спидометры с электроприводом.   Спидометр с электроприводом состоит из трех частей: датчика, преобразующего постоянное напряжение бортовой сети в трехфазное переменное напряжение изменяющейся частоты, приемника — трехфазного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянного магнита и обычного механизма магнитоиндукционного спидометра со счетным узлом. Датчик соединяют с приемником тремя проводами. Приемник конструктивно соединен с указателем спидометра. На валу ротора приемника закреплен кольцеобразный магнит скоростного узла спидометра. Ось картушки узла опирается на подшипники, один из них встроен в конец вала электродвигателя.

За один полный оборот коллектора датчика потенциалы токосъемных щеток дважды меняют знак, проходя через нуль. Изменение  напряжения на щетках в зависимости  от угла поворота коллектора и изменение  фазных токов .Фазные токи создают в статоре приемника три пульсирующие намагничивающие силы, сдвинутые в пространстве под углом 120° и по времени на 1/3 периода вращения якоря датчика. Результирующая намагничивающая сила обмотки статора 17 за один оборот якоря делает один оборот, изменяясь скачками через каждые 30°. Двухполюсный ротор приемника, следуя за изменением направления намагничивающей силы статора, вращается синхронно с якорем датчика, тем самым обеспечивая дистанционную передачу от датчика к скоростному узлу спидометра.

Принцип работы Лямбда – датчика

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик кислорода в выпускном коллекторе двигателя. Позволяет оценивать количество оставшегося свободного кислорода в выхлопных газах.

Датчик основан  на свойствах оксида циркония — ZrO₂ и начинает работать только при температурах более 350 °C. Для ускорения прогрева датчика в него монтируют электронагреватель, потому обычно датчик имеет пару сигнальных проводов и пару от подогревателя.

Рабочий элемент  датчика — пористый керамический материал на основе двуокиси циркония, покрытый методом напыления платиной. Выхлопные газы обтекают рабочую поверхность. Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов. Первые «лямбда-зонды» были резистивными, то есть изменяли свое сопротивление. Современные датчики работают как пороговые элементы.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения воздух/бензин в камерах сгорания. В стехиометрии — λ = (реальное к-во воздуха) / (необходимое к-во воздуха).

Поскольку некоторое  количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального  дожигания СО и СН на катализаторе, для более точного регулирования используют второй датчик, расположенный за катализатором.

Датчик  на основе оксида циркония

В датчике на основе оксида циркония происходит реакция  восстановления двуокиси циркония ZrO₂ до окиси циркония ZrO, инициируемая платиновым катализатором, покрывающим чувствительный элемент датчика и являющаяся причиной возникновения ЭДС. На поверхности датчика окислительные процессы чередуются с восстановительными, что обеспечивает автоматическое поддержание работоспособности λ-зонда и его высокую чувствительность к изменению концентрации окисляемых компонентов.

Для того что  бы подавить реакцию окисления недоокисленных компонентов отработавших газов  кислородом чувствительного элемента датчика, то есть прекратить генерацию  ЭДС датчиком, необходимо присутствие  в отработавших газах избыточного, по отношению к стехиометрическому, количества кислорода, причем количество избыточного кислорода растет пропорционально  концентрации недоокисленных компонентов  отработавших газов. Используя это свойство λ-зонда, представляется возможным оценить концентрацию в отработавших газах продуктов неполного сгорания топлива и использовать эту информацию для оценки эффективности работы каталитического нейтрализатора.

Широкополосный  датчик на основе оксида циркония

Разновидность датчика на основе оксида циркония.

Основная разница  зонда с широкой панелью по отношению к обычным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачиваемых кислородом ячеек. Ячейки разделены диффузионным зазором шириной от 0,01 до 0,05 мм. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Поддерживается содержание газа и вместе с ним напряжение сенсора посредством различных напряжений сенсора накачиваемых элементов. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионного отверстия. Если смесь влажная и напряжение лежит выше 450 милливольт, ток меняет свое направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов.При отказе датчика система переходит в аварийный режим без коррекции содержания воздуха в смеси.

Тахометр

Тахометр - прибор, который информирует владельцев автомобилей, сколько раз коленвал успевает обернуться за минуту. Нужна такая информация прежде всего водителю автомобиля с форсированным мотором. Такой двигатель требует к себе очень трепетного внимания и жесткий контроль оборотов – это один из аспектов этого внимания. Тахометр помогает определить, так сказать, момент наибольшего крутящего момента, то есть диапазон самой эффективной работы двигателя без бесмысленных перекруток самого мотора, которые не идут ему на пользу, но при этом еще и сжигается больше топлива.

 Тахометры строятся по нескольким различным принципам:

• преобразование «частота-угол отклонения стрелки» (механические и элетромеханические тахометры);
• подсчет импульсов в течение заданного временного интервала;
• измерение временного интервала между смежными импульсами и вычисление обратной функции.

Хочется сразу  отметить инженеров из Мюнхена которые придумали тахометр с "блуждающей" в зависимости от прогрева красной зоной. 
Работа тахометров основана на разных принципах. Механический привод – это простой гибкий вал (тросик), такой же, как в приводе простейшего спидометра, правда он давно устарел. По способу подсчета оборотов, на сегоднешний день, тахометры совершенно другие, чем были ранее. Один из самых распространенных – подсчет импульсов зажигания. Такой прибор устанавливается на карбюраторные автомобили. Он преобразует частоту импульсов сигнала в пропорциональное ей електро-магнитное поле, движущее стрелку. 
Например, на четырехцилиндровых четырехтактных моторах каждому обороту коленвала соответствуют два импульса. На дизельных двигателях частоту вращения коленвала тахометр оценивает по частоте синусоидального сигнала с одной из фаз генератора. А их (фаз) у генератора три, как у дизельного так и у бензинового, так что его вполне можно устанавливать и на бензиновые двигатели. Конечно обороты не будут совпадать но в таких тахометрах применяют подстроечный потенциометр (здесь имеется в виду несоспадение шкивов от которых будут разные показания). Он позволит вам отрегулировать величину напряжения, которая будет соответствовать номинальным оборотам вашего двигателя, будь то "Жигули" с четырехцилиндровым двигателем или "Вольво" - с пятицилиндровым. Количество цилиндров в таком тахометре не имеет значения - был бы только рабочий трехфазный генератор. Они применяются, как уже сказано, на дизелях, современных "Волгах" и УАЗах. 
А вот, например, тахометр инжекторных ВАЗ 2110 хоть и импульсного принципа, но подключается не к зажиганию, а к контроллеру ЭСУД – и в этом примере считывание количества импульсов ведется непосредственно с контроллера. Последний же получает сигнал от датчика положения коленчатого вала. Импульсы от контроллера не те, что от катушки зажигания, потому для этого и понадобился свой вывод на контроллере. 

Датчик  массового расхода  воздуха 

 
Назначение датчика. Принцип действия 
Датчик массового расхода воздуха предназначен для преобразования расхода воздуха, поступающего в двигатель, в напряжение постоянного тока. Информация датчика позволяет определить режим работы двигателя и рассчитать цикловое наполнение цилиндров воздухом на установившихся режимах работы двигателя, длительность которых превышает 0,1 секунды.

Существуют различные конструкции датчиков расхода 
воздуха, но каждый из них можно отнести к одному из двух типов - 
датчики объёмного расхода воздуха, и датчики массового расхода воздуха.

Датчик  объёмного расхода  воздуха

Большинство датчиков объёмного расхода воздуха 
работают по одному из двух принципов: используется либо принцип подсчёта 
вихрей Кармана (некоторые датчики производства MITSUBISHI, 
CHRISLER...), либо принцип смещения ползунка потенциометра при помощи 
лопасти, размещённой в потоке расходуемого двигателем воздуха. Датчики 
расхода воздуха работающие по принципу подсчёта вихрей Кармана обладают 
высокой надёжностью, так как не имеют подвижных механических частей. 

Датчик  объёмного расхода  воздуха,

работающий на принципе подсчета вихрей Кармана. 

Вихревой датчик расхода воздуха, использует метод 
подсчета вихрей Кармана, которые образуются в ламинарном воздушном 
потоке, на пути которого встречается препятствие с острыми кромками. 
Воздушные вихри срываются с этих кромок с частотой, линейно зависящей от 
скорости потока. 

Датчик работает только при условии, что в 
воздушном потоке возникает турбулентность. Турбулентность в свою очередь 
возникает только при достаточной скорости потока воздуха. Но при 
слишком высокой скорости потока могут возникать паразитные пульсации 
давления. Поэтому, некоторые датчики данного типа оснащены 
дополнительным входом для изменения чувствительности измерительного 
элемента, что необходимо при малой скорости потока воздуха через 
воздухомер, например, при работе двигателя в режиме холостого хода. 

Первые вихревые датчики использовали 
ультразвуковой передатчик и ультразвуковой приемник. Затем появились 
датчики, использующие метод измерения пульсаций давления по краям 
кромок, где образуются завихрения воздушного потока. В современных 
вихревых датчиках расхода воздуха, вместо измерения давления пульсаций 
используется тонкая нагретая нить, по пульсациям температуры которой и 
подсчитываются вихри Кармана.