Устройство ДПКВ (датчика положения коленчатого вала)

 

В наиболее важную, с точки зрения организации управления группу входят датчики угловой синхронизации. К этим датчикам относятся: датчик углового положения коленчатого вала (ДПКВ), датчик положения распределительного вала (ДПРВ) и в некоторых системах управления, датчик начального положения коленчатого вала (ДНПКВ). Особая роль этих датчиков определяется тем, что все процессы управления рабочим процессом поршневого двигателя внутреннего сгорания, в той или иной мере заданы цикличностью работы его кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, состояние которых определяется угловым положением коленчатого и распределительного валов двигателя. Практически все современные системы управления рабочим процессом двигателя используют, для определения углового положения кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, два датчика синхронизации: датчик углового положения коленчатого вала и датчик положения распределительного вала. В этом случае, в качестве репера, взаимодействующего с датчиком углового положения коленчатого вала, применяют предназначенный для этой цели диск синхронизации, выполненный в виде зубчатого диска из магнитомягкого материала и установленный на коленчатом валу двигателя. В настоящее время стало общепринятым решением применение диска синхронизации с 58 зубьями (так называемый «диск синхронизации 60-2», в котором, из 60 равномерно расположенных зубьев, два удалены. Два удаленных зуба используются в качестве репера для определения начального положения коленчатого вала двигателя. Как правило, взаимное угловое положение удаленных зубьев и датчика углового положения коленчатого вала выбирается таким образом, что обеспечить минимальное ускорение при максимальной угловой скорости коленчатого вала в момент взаимодействия участка диска синхронизации с удаленными зубьями с датчиком синхронизации. В том случае, когда для определения углового положения коленчатого вала, в качестве репера применяют венец маховика двигателя, для определения начального положения коленчатого вала применяют датчик начального положения коленчатого вала. Этот датчик формирует один импульс за оборот коленчатого вала и имеет свой отдельно установленный репер.

 

В качестве датчика углового и датчика начального положения коленчатого вала нашли повсеместное применение индукционные датчики, представляющие собой магнитный сердечник с расположенной вокруг него обмоткой. Электрический импульс в обмотке датчика формируется в момент изменения магнитного потока, пересекающего обмотку датчика, в результате взаимодействия магнитного поля датчика с магнитным материалом диска синхронизации. Естественно, что требования к материалу диска синхронизации, с точки зрения его магнитных свойств, достаточно высоки, так как наличие остаточной намагниченности диска может привести к значительному искажению сигнала датчика. Существенным недостатком индукционного датчика является то, что для получения сигнала достаточной амплитуды необходимо обеспечить высокую скорость изменения магнитного потока, пересекающего обмотку датчика. Скорость изменения магнитного потока зависит от угловой скорости коленчатого вала двигателя, (обеспечить минимально необходимую величину которой, в некоторых случаях, например при холодном пуске двигателя, иногда затруднительно).

 

Принцип работы индукционных датчиков

 

Индукционные датчики предназначены для преобразования скорости линейных и угловых перемещений в ЭДС. Они относятся к датчикам генераторного типа. Принцип действия индукционных датчиков основан на явлении электромагнитной индукции. Выходным сигналом индукционных датчиков является ЭДС, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего витки катушки. Это изменение происходит за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле или за счет вращения ферромагнитного индуктора относительно неподвижной катушки.

Основным отличием индукционных датчиков от индуктивных является то, что в них используется постоянное магнитное поле, а не переменное (питание индуктивных датчиков осуществляется от сети переменного тока). Постоянное магнитное поле в индукционных датчиках создается двумя способами: постоянными магнитами или катушкой, обтекаемой постоянным током.

 

 

Рис. 6.19. Схемы индукционных датчиков

 

На рис. 6.19, а показана схема датчика с обмоткой w2, размещенной в воздушном зазоре, в котором постоянный магнитный поток Ф создается катушкой w1, включенной на постоянное напряжение U. При перемещении катушки в магнитном поле в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения: Е = kФ(dx/dt), где к — коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков w₂ и конструктивных параметров датчика.

На рис. 6.19, б показан датчик, в котором постоянный магнитный поток создается с помощью постоянного магнита с полюсными наконечниками. ЭДС, индуцируемая во вращающейся катушке, пропорциональна скорости вращения V:

Е = kФV.

В обоих этих датчиках катушки подвижны, поэтому для отвода от них выходного сигнала (ЭДС) необходимы гибкие токоподводы или контактные кольца со щетками.

Индукционный датчик может иметь и другую конструкцию: с неподвижной катушкой и вращающимся постоянным магнитом (рис. 6.19, в). Надежность при этом повышается за счет отсутствия скользящего контакта.

Возможен другой способ повышения надежности датчика по схеме рис. 6.19, б: и катушка, и постоянный магнит неподвижны, а в зазоре между ними вращается ферромагнитное кольцо с вырезами (рис. 6.19, г) или иной элемент, имеющий существенно разную магнитную проводимость по взаимно перпендикулярным осям. При вращении изменяется поток, пронизывающий плоскость катушки.

 

Датчик положения коленчатого вала на автомобилях ВАЗ

 

Датчик 3, рис 3, положения коленчатого вала (электромагнитный) устанавливается на кронштейне в районе передней крышки блока двигателя с зазором около 1 мм от шкива коленчатого вала. Шкив представляет собой специальный диск 4, установленный на носке коленчатого вала. Шкив имеет 58 зубцов по окружности, зубцы равноудалены и расположены через 6°. Для генерирования "импульса синхронизации" два зуба на шкиве отсутствуют. При вращении коленчатого вала зубцы диска изменяют магнитное поле дат­чика создавая наведенные импульсы напряжения, рис. 4.

На базе импульсов датчика положения коленчатого вала ЭБУ опре­деляет положение и частоту вращения коленчатого вала, включает топлив­ные форсунки 1/4 цилиндров по импульсу синхронизации (и через 180° пово­рота коленвала форсунки 2/3 цилиндров) ЭБУ определяет импульс синхро­низации сравнивая время между импульсами и подает сигнал напряжения по­стоянного тока на модуль зажигания. Модуль зажигания возбуждает уст­ройства согласования катушек, которые в свою очередь запускают пары све­чей зажигания 1/4 и далее 2/3 цилиндров.

 

Рис. 3. Диск и датчик положения коленчатого вала Вид сзади:

1 - жгут проводов, 2 - колодка, 3 - датчик положения коленчатого вала, 4 - диск

 

Рис.4. Сигналы системы электронного зажигания:

А - импульсы напряжения с датчика положения коленчатого вала, В - дискретный входной сигнал на ЭБУ, С - сигнал "Момент зажигания" на 1 и 4 цилиндры, D - сигнал "Момент зажигания" на 2 и 3 цилиндры,

Е - положение коленчатого вала относительно ВМТ первого цилиндра.

 

Литература:

1. А.К. Гирявец. Теория управления автомобильным бензиновым двигателем.
2. Ю.М. Келим. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики.
3. А.И.Чванов, В.Л.Костенков, В.С.Боюр, В.Л.Смирнов, Г.В.Гаранина, Н.Н.Завьялова, Г.А.Хлыненкова, А.В.Капранов. Автомобиль ВАЗ 2115. Оригинальные узлы. Технология технического обслуживания и ремонта. Тольятти, АО АВТОВАЗ, 1997 г.