Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Информирующие и исполнительные устройства ЭСУ автомобиля

Информационные датчики ЭСУ

Кислородные датчики (λ-зонды) — вырабатывают сигналы, амплитуда которых зависит от разницы содержания кислорода (О₂) в отработавших газах двигателя и наружном воздухе. Устанавливаются до и после каталитического нейтрализатора в системе удаления отработавших газов.

Датчик положения коленчатого вала (СКР, ДПКВ) — информирует РСМ о положении коленчатого вала и оборотах двигателя. Данная информация используется процессором при определении моментов впрыска топлива и установке угла опережения зажигания.

Датчик положения поршней (CYP) — на основании анализа поступающих от датчика сигналов РСМ вычисляет положение поршня первого цилиндра и использует данную информацию при определении моментов и последовательности впрыска топлива в камеры сгорания двигателя.

Датчик ВМТ (TDC, датчик фаз, ДПРВ) — вырабатываемые датчиком сигналы используются РСМ при определении установок угла опережения зажигания в момент запуска двигателя.

Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ, ДТОЖ) — на основании поступающей от датчика информации ЕСМ/РСМ осуществляет необходимые корректировки состава воздушно-топливной смеси и угла опережения зажигания, а также контролирует работу системы EGR.

Датчик температуры всасываемого воздуха (IAT) — РСМ использует поступающую от датчика IAT информацию при корректировках потока топлива, установок угла опережения зажигания и управлении функционированием системы EGR.

Датчик положения дроссельной заслонки (TPS, ДПДЗ) — расположен на корпусе дросселя и соединен с осью дроссельной заслонки. По амплитуде выдаваемого TPS сигнала РСМ определяет угол открывания дроссельной заслонки (управляется водителем от педали газа) и соответствующим образом корректирует подачу топлива во впускные порты камер сгорания. Отказ датчика, либо ослабление его крепления приводит к перебоям впрыска и нарушениям стабильности оборотов холостого хода.

Датчик абсолютного давления в трубопроводе (МАР) — контролирует вариации глубины разрежения во впускном трубопроводе, связанные с изменениями оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель и преобразует получаемую информацию в амплитудный сигнал. РСМ использует поставляемую датчиками МАР и IAT информацию при тонких корректировках подачи топлива.

Барометрический датчик давления — вырабатывает амплитудный сигнал, пропорциональный изменениям атмосферного давления, который используется РСМ при определении продолжительности моментов впрыска топлива. Датчик встроен в модуль РСМ и обслуживанию в индивидуальном порядке не подлежит.

Датчик детонации — реагирует на изменение уровня вибраций, связанных с детонациями в двигателе. На основании поступающей от датчика информации РСМ осуществляет соответствующую корректировку угла опережения зажигания.

Датчик скорости движения автомобиля (VSS, ДСА) — информирует процессор о текущей скорости движения автомобиля.

Датчик величины открывания клапана EGR — оповещает РСМ о величине смещения плунжера клапана EGR. Полученная информация используется затем процессором при управлении функционированием системы рециркуляции отработавших газов.

Датчик давления в топливном баке — является составным элементом системы улавливания топливных испарений (EVAP) и служит для отслеживания давления паров бензина в баке. На основании поступающей от датчика информации РСМ выдает команды на срабатывание электромагнитных клапанов продувки системы.

Датчик-выключатель давления системы гидравлического усилителя руля (PSP) — на основании поступающей от датчика-выключателя PSP информации РСМ обеспечивает повышение оборотов холостого хода за счет срабатывания датчика IAC с целью компенсации возрастающих нагрузок на двигатель, связанных с функционированием рулевого гидроусилителя при совершении маневров.

Трансмиссионные датчики — в дополнение к данным, поступающим от VSS, РСМ получает также информацию от датчиков, помещенных внутрь коробки передач, либо подсоединенных к ней. К числу таких датчиков относятся: (а) датчик оборотов вторичного (коренного) вала и (b) датчик оборотов промежуточного вала.

Датчик-выключатель управления включением муфты сцепления кондиционера воздуха — при подаче питания от батареи к электромагнитному клапану компрессора К/В соответствующий информационный сигнал поступает на РСМ, который расценивает его как свидетельство возрастания нагрузки на двигатель и соответствующим образом корректирует обороты его холостого хода.

Исполнительные устройства ЭСУ

Главное реле PGM-FI (реле топливного насоса) — РСМ производит активацию реле топливного насоса при поворачивании ключа зажигания в положение «Start» или «Run». При включении зажигания активация реле обеспечивает подъем давления в системе питания.

Инжекторы впрыска топлива (электромагнитные форсунки) — РСМ обеспечивает индивидуальное включение каждого из инжекторов в соответствии с установленным порядком зажигания. Кроме того, модуль контролирует продолжительность открывания инжекторов, определяемую шириной управляющего импульса, измеряемой в миллисекундах и определяющей количество впрыскиваемого в цилиндр топлива.

Модуль управления зажиганием (ICM) — управляет функционированием катушки зажигания, определяя требуемое базовое опережение на основании вырабатываемых РСМ команд.

Клапан стабилизации оборотов холостого хода (IAC) — осуществляет дозировку количества воздуха, перепускаемого в обход дроссельной заслонки, когда последняя закрыта, либо занимает положение холостого хода. Открыванием клапана и формированием результирующего воздушного потока управляет РСМ.

Электромагнитный клапан продувки угольного адсорбера — является составным элементом системы улавливания топливных испарений (EVAP) и, срабатывая по команде РСМ, осуществляет выпуск скопившихся в адсорбере паров топлива во впускной трубопровод с целью сжигания их в процессе нормального функционирования двигателя.

Электромагнит управления продувкой угольного адсорбера — используется РСМ при проверке системой OBD-II исправности функционирования системы EVAP.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Исполнительные механизмы автомобиля

Исполнительные механизмы (конечные элементы управления) формируют связь между электрическим сигналом процессора и реальным воздействием. Они преобразуют маломощные сигналы, передающие инфор­мацию о расположении элементов исполне­ния в рабочие сигналы соответствующего для процесса управления энергетического уровня. Вот о том, какими бывают исполнительные механизмы автомобиля, мы и поговорим в этой статье.

Конверторы сигнала объединены с элементами усилителя для того, чтобы ис­пользовать физические принципы преобра­зования, управляющие взаимосвязью между различными формами энергии (электрической-механической-жидкостной-тепловой).

Классификация исполнительных механизмов

Исполнительные механизмы классифицируются по типу преобразования энергии. Энергия, по­лучаемая от источника, преобразуется в энергию магнитного или электрического поля, или пре­вращается в тепло. Принцип получения воздей­ствующей силы, определяемый этими формами энергии, основан на использовании силовых полей или некоторых специфических характери­стик материалов.

Магнитострикционные материалы делают возможным разработать исполнительные механизмы для применения в диапазоне микроперемещений. К этой категории также относятся пьезоэлектрические исполнитель­ные механизмы, изготавливаемые по много­слойной технологии аналогично керамиче­ским конденсаторам, и используются для высокоскоростных топливных форсунок. Те­пловые исполнительные механизмы зависят исключительно от характеристик конкретных материалов.

Исполнительные механизмы в автомобиле в основном представляют собой электромагнитомеханические преобразователи и электрические сервоприводы, линейные и роторные электромагнитные исполнитель­ные механизмы. Исключением является пи­ротехническая система надувания подушек безопасности. Соленоидные исполнительные механизмы могут быть самостоятельными сервоэлементами или выполнять управляю­щие функции, направляя работу силового устройства, например, гидромеханического.

Электродинамические и электромагнитные преобразователи

Силы в магнитном поле

Различие между электродинамическим и элек­тромагнитным принципами действия исполни­тельного механизма вытекает из способа соз­дания сил в магнитном поле. Общей для обоих принципов является магнитная цепь, форми­руемая магнитомягким материалом и катушкой для возбуждения магнитного поля. Главное различие заложено в величине самой силы, создаваемой в устройстве при технически до­ступных условиях. В одинаковых условиях сила, создаваемая путем применения электро­магнитного принципа, оказывается больше в 40 раз. Электрическая постоянная времени для ис­полнительного механизма этого типа сравнима с механическими постоянными времени. Оба принципа создания сил применяются в меха­низмах линейного и роторного привода.

Электродинамический принцип

Электродинамический принцип основан на силе, действующей на подвижный заряд или проводник с током в магнитном поле (сила Лоренца, рис. а, «Электродинамические и электромагнитные преобразователи» ). Катушка или постоянный магнит генерируют постоянное магнитное поле. Электрическая энергия, предназначен­ная для получения силы, прикладывается к подвижной обмотке ротора (плунжер или иммерсионная катушка). Высокая точность исполнительного механизма достигается особенностью конструкции обмотки ротора, имеющей малую массу и низкую индуктив­ность. Два аккумулирующих элемента, один на закрепленном, другой на подвижном ком­поненте, вырабатывают силы, действующие в двух направлениях через реверсирование тока в обмотках якоря и возбуждения.

Вторичное поле, создаваемое током якоря в разомкнутой магнитной цепи, размагничи­вает последнюю. Можно сказать, что сила (момент) электродинамического исполни­тельного механизма примерно пропорцио­нальна току и не зависит от перемещения.

Электромагнитный принцип

Электромагнитный принцип базируется на взаимном притяжении (рис. Ь, «Электродинамические и электромагнитные преобразователи» ) мягких ферромагнетиков в магнитном поле. Электромагнитные исполнительные механизмы оснащаются только одной ка­тушкой, создающей поле и потребляющей энергию, идущую на преобразование. Для по­вышения индуктивности катушка оснащена железным сердечником. Однако, поскольку сила пропорциональна квадрату магнитной индукции, устройство работает только в одном направлении, поэтому требуется воз­вратный элемент, пружину или магнит.

Динамическая характеристика электромеханического привода

Динамическая характеристика или отклик на включение электромеханического привода описывается дифференциальным уравне­нием для электрических схем и уравнениями Максвелла, по которым определяется зави­симость силы тока от перемещения.

Электрическая цепь, как правило, состоит из индуктора с активным сопротивлением. Од­ним из средств улучшения динамической ха­рактеристики является перевозбуждение ин­дуктора в момент активизации, в то время как уменьшение тока может быть ускорено стаби­литроном. В любом случае улучшение характе­ристики достигается за счет дополнительных расходов и потерь в электронных средствах запуска исполнительного механизма.

Диффузия поля является одним из сдер­живающих факторов, на который трудно вли­ять в приводах с высокими динамическими характеристиками. Операции быстрого пере­ключения сопровождаются высокочастотной пульсацией поля в магнитомягком материале магнитной цепи привода. Эти колебания, в свою очередь, наводят вихревые токи, нарас­тание и затухание магнитного поля. Резуль­тирующая задержка в нарастании и умень­шении сил может быть сокращена только выбором материала с низкой электрической проводимостью и проницаемостью.

Конструкции исполнительных механизмов

Выбор конструкции определяется условиями работы (например, требованиями к динами­ческой характеристике).

Электромагнитные исполнительные механизмы

Электромагнитный исполнительный ме­ханизм поступательного движения имеет соленоид (рис. «Втягивающий соленоид» ) с втягивающей силой, уменьшающейся пропорционально квадрату перемещения (рис. «Втягивающий соленоид (характеристики)» ). Форма кривой опре­деляется типом рабочего зазора (например, конического или иммерсионного якоря).

Роторные электромагнитные исполнитель­ные механизмы характеризуются определен­ным расположением полюсов в статоре и ро­торе (например, роторный исполнительный механизм с одной обмоткой, рис. «Электромагнитный однообмоточный поворотный исполнительный механизм» ). Когда ток прикладывается к одной из катушек, то роторные и статорные полюсы притягива­ются и возникает крутящий момент.

Электродинамические исполнительные механизмы

Куполообразный магнит (исполнительный механизм с иммерсионной катушкой, рис. «Электродинамический привод с иммерсионной катушкой» ) функционирует, когда цилиндрическая иммерсионная катушка (обмотка якоря) движется в заданном рабочем зазоре.

Диапазон перемещения определяется осевым размером обмотки якоря и рабочим зазором.

Применение исполнительных механизмов

Электромеханические исполнительные меха­низмы являются элементами непосредствен­ного управления. Они служат для превраще­ния электрического сигнала в механическое перемещение или работу без какого-либо промежуточного устройства преобразования. Типичное применение — перемещение засло­нок, катушек и клапанов. Описываемые при­воды не обладают способностью к самовозврату, так как не имеют устойчивой рабочей точки. Они способны выполнять только позицион­ные операции из постоянного исходного по­ложения (рабочая точка), в том случае, если приложена противодействующая сила, на­пример, возвратная пружина.

Электромагнитный сердечник обеспечи­вает устойчивую статическую рабочую точку, когда его кривая «сила-ход» накладывается на характеристическую реакцию возвратной пружины. Изменение тока катушки в электро­магнитном клапане смещает рабочую точку. Простое позиционирование достигается пу­тем управления током. Однако здесь особое внимание необходимо уделить нелинейности характеристики «сила-ток» и чувствительно­сти системы позиционирования к помехам, например, механическому трению, пневма­тическим и гидравлическим силам. Темпе­ратурная чувствительность сопротивления катушки приводит к погрешностям позицио­нирования, что делает необходимым коррек­тирующее управление током. Высокоточная система позиционирования с хорошей дина­мической реакцией должна иметь датчик положения и контроллер.

Пьезоэлектрические исполнительные механизмы

Принцип действия пьезоэлектрических ис­полнительных механизмов, основан на пря­мом пьезоэлектрическом эффекте, откры­том в 1880 году братьями Кюри на кристаллах турмалина — преобразовании механической деформации кристалла в напряжение на по­верхности кристалла, прямо пропорциональ­ное этой деформации.

Обратный пьезоэлектрический эффект на­зывается непрямым пьезоэлектрическим эф­фектом. При подаче напряжения на пьезоэ­лектрический материал происходит быстрая направленная деформация (отклонение) ма­териала на несколько мкм, что можно исполь­зовать в качестве активирующего движения.

Необходимым условием для реализации пьезоэлектрического эффекта являются электрические диполи в базисных клетках материала, которые в результате процессов взаимодействия образуют более крупные соединенные области той же ориентации, по аналогии с магнетизмом называемые доме­нами (рис. а, «Процесс поляризации» ). Когда в привилегированном направлении действует магнитное поле, пре­обладающая доля этих доменов может быть выстроена в направлении поля, где элек­трические диполи в доменах одновременно удлиняются (расширение кристаллической решетки, рис. Ь, «Процесс поляризации» ). Там материал демонстри­рует макроскопическую линейную деформа­цию в процессе поляризации.

Даже после деактивации поля и соответству­ющего восстановления диполей, домены оста­ются в этом выстроенном (поляризованном) состоянии (рис. с, «Процесс поляризации» ), так что пьезоэлектриче­ский материал может снова и снова обратимо расширяться в привилегированном направле­нии при воздействии магнитного поля.

Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектрические материалы — это под­категория диэлектриков; иными словами, они являются электрически непроводящими, неметаллическими материалами без свобод­ных мобильных носителей заряда. Наряду с первыми изученными пьезоэлектрическими монокристаллами, такими как турмалин и кварц, стало известно большое количество поликристаллических пьезоэлектрических ма­териалов, включая множество керамических.

В силу небольшой удельной линейной де­формации пьезоэлектрических кристаллов, для технического применения пьезоэлектри­ческого эффекта годятся лишь материалы, которые особенно эффективно преобразуют электрическую энергию в механическую. Это свойство можно описать коэффициентом соединения к- отношением механической энергии в пьезоэлементе к общей энергии (0 Q _heat = Q ₁ p ₁ — Q₂ p ₂

В случае с несжимаемыми жидкостями:

Турбулентность возникает там, где жид­кость протекает через участки ограничений для движения потока (например, через дроссели). Скорость потока среды тогда не зависит в значительной мере от вязкости. С другой стороны, вязкость не играет той роли, как при ламинарном течении в узких трубках и отверстиях.

Гидромеханические усилители (рис. «Гидромеханические исполнительные механизмы» ) управляют преобразованием энергии из жидкого в механическое состояние. Регу­лирующий механизм должен конструиро­ваться для управления только относительно малым потоком энергии, необходимым для окончательного позиционирования клапа­нов.

С помощью переключающих клапанов от­крывается (закрывается) отверстие, управ­ляющее потоком к (от) гидромеханического преобразователя энергии (рис. «Регулирование энергии с помощью 2/2 — ходовых клапанов» ). При достаточном открытии отверстия дроссель­ные потери остаются незначительными. Для получения возможности непрерывного управления гидромеханизмом с фактиче­ским отсутствием потерь может использо­ваться модулированная продолжительность импульса открытия и закрытия. Однако в действительности флуктуации давления и механический контакт между компонен­тами клапана создают нежелательные шум и вибрацию.