ESPS (Engine Speed & Position Sensor)
Zasady działania
Funkcja / Zadanie
CO MIERZĄ?
Czujniki te informują o dokładnej pozycji i prędkości szeregu części silnika.
Prędkość:
- Wał korbowy
Pozycja:
- Tłok
- Wałek rozrządu
- Zawory
Zadania
- Dla zapewnienia prawidłowego wtrysku paliwa i zapłonu we wszystkich warunkach pracy silnika, jednostka sterująca silnika (ECU) musi otrzymywać informacje dotyczące prędkości obrotowej i położenia silnika.
- Sygnał wału korbowego określa prędkość obrotową silnika. Ponadto przekazuje informacje o osiągnięciu przez pierwszy cylinder górnego martwego punktu.
- Czujnik wałka rozrządu informuje o tym, w którym suwie znajduje się każdy cylinder.
- W oparciu o powyższe sygnały jednostka sterująca silnika (ECU) może teraz kontrolować moment wtrysku paliwa i czas zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej przez świece zapłonowe.
- Jeśli czujnik wałka rozrządu ulegnie awarii, jednostka sterująca silnika (ECU) może uruchomić program awaryjny, korzystając z sygnału czujnika wału korbowego.
- Jeśli czujnik wału korbowego ulegnie awarii, informacje z czujnika wałka rozrządu nie wystarczą do utrzymania pracy silnika.
CZUJNIK WAŁU KORBOWEGO (PRĘDKOŚCI)
- Czujnik wału korbowego monitoruje prędkość obrotową i położenie wału korbowego.
- Są to informacje niezbędne do działania jednostki sterującej silnika (ECU).
CZUJNIK WAŁKA ROZRZĄDU (POŁOŻENIA)
Czujnik wałka rozrządu rejestruje położenie wałka rozrządu. Ten sygnał – w połączeniu z pozycją wału korbowego – służy do określenia, w którym suwie znajduje się każdy cylinder. ECU potrzebuje tego sygnału do określenia momentu wtrysku paliwa i uruchomienia świecy zapłonowej.
CZUJNIKI WAŁU KORBOWEGO
Historia / Rozwój
Używane w silnikach benzynowych i wysokoprężnych z elektronicznymi układami wtryskowymi. Silniki benzynowe: począwszy od lat 80-tych („Motronic”, 1979); od około 1990 r. w większości samochodów montowane są czujniki korbowe. Silniki wysokoprężne: począwszy od technologii „Common Rail”, 1997 r. (Alfa 156 JTD). Previous
CZUJNIKI WAŁKA ROZRZĄDU
Historia / Rozwój
- Używane w silnikach benzynowych i wysokoprężnych z elektronicznymi układami wtryskowymi.
- Szereg nowszych silników jest wyposażonych w dwa wałki rozrządu i często (nie zawsze) w dwa czujniki wałka rozrządu.
- W przypadku zmiennych faz rozrządu czujniki są również wykorzystywane do monitorowania tej funkcji.
Różne modele czujników wału korbowego
Historia / Rozwój
Różne modele czujników wału korbowego
Główne różnice:
- 2 lub 3 gniazda
- Z przewodem lub bez
Różne modele czujników wałka rozrządu
Historia / Rozwój
Różne modele czujników wałka rozrządu
Główne parametry:
- Przeważnie 3 gniazda
- Z przewodem lub bez
Cczujnik wału korbowego (prędkości)
Pozycja instalacji
- Czujnik wału korbowego jest instalowany w pobliżu wału korbowego, w dolnej części bloku silnika lub w jego pobliżu.
- Przechwytuje sygnał z koła zębatego lub tarczy, która obraca się wraz z wałem korbowym.
- Czujnik może znajdować się po dowolnej stronie wału korbowego (po stronie paska napędowego lub koła zamachowego) lub na jego środku.
- W niektórych przypadkach ma kontakt z olejem.
Pozycja instalacji - Czujnik wałka rozrządu (położenia)
Pozycja wałka rozrządu:
Pozycja wałka rozrządu (wraz z pozycją wału korbowego) jest wskaźnikiem pozycji tłoka i umożliwia ECU określenie, w którym skoku znajduje się każdy tłok.
Czujniki wałka rozrządu są instalowane w pobliżu wałka rozrządu, w głowicy cylindra lub w jej pobliżu.
Budowa
Zasada działania
Zasada działania
- Czujniki wykorzystują zjawisko indukcji lub zasadę efektu Halla.
- Nie mogą być stosowane zamiennie.
Czujnik wałka rozrządu
najczęściej czujnik hallotronowy
Czujnik wału korbowego
czujnik indukcyjny lub czujnik hallotronowy
Indukcja elektromagnetyczna
Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko powstawania napięcia elektrycznego wzdłuż pętli przewodnika (np. cewki) na skutek zmiany strumienia indukcji magnetycznej.
Zasadę indukcji można łatwo zobrazować na przykładzie prostego eksperymentu.
Cewka jest podłączona do precyzyjnego woltomierza, a następnie magnes jest przesuwany przez cewkę. Ruch generuje napięcie elektryczne, ponieważ zmienia się strumień indukcji magnetycznej. Podczas ruchu magnesu mierzone jest napięcie. Im szybszy ruch, tym wyższe zmierzone napięcie.
Jednakże generowane napięcie jest bardzo niskie. Chcąc wzmocnić ten efekt, cewka jest owinięta wokół żelaznego rdzenia. Żelazny rdzeń wzmacnia pole magnetyczne, ponieważ magnesy elementarne (atomy w metalowej siatce) układają się zgodnie z polem magnetycznym.
Czujnik indukcyjny
Czujnik składa się z cewki z żelaznym rdzeniem w środku. Poniżej znajduje się magnes generujący pole magnetyczne.
Pozycja instalacji czujnika powoduje, że na pole magnetyczne magnesu może oddziaływać koło zębate wału korbowego.
Obracające się koło powoduje ruch pola magnetycznego w górę i w dół, generując napięcie elektryczne w cewce.
Im szybsze obroty koła, tym wyższe generowane napięcie.
Zasada działania efektu Halla
Zjawisko Halla występuje, gdy na przewodnik przewodzący prąd oddziałuje pole magnetyczne. Pole magnetyczne wpływa na elektrony poruszające się w przewodniku elektrycznym. Powoduje to przemieszczanie elektronów prostopadle zarówno do kierunku przepływu prądu, jak i kierunku pola magnetycznego. Skutkiem tego jest powstanie napięcia, które można zmierzyć prostopadle do kierunku przepływu prądu.
Czujnik hallotronowy
Czujnik składa się z przewodnika elektrycznego, zasilanego napięciem 5 V lub 12 V przez ECU. Jeśli pole magnetyczne oddziałuje na przewodnik przewodzący prąd, siła Lorentza działa na elektrony. Skutkuje to nadmiarem elektronów po jednej stronie i ich niedoborem po drugiej. Różnicę ładunku można zmierzyć w postaci napięcia i jest ona przesyłana do ECU za pośrednictwem linii sygnałowej. Uproszczony schemat przedstawia przepływ prądu zarówno pod wpływem, jak i bez wpływu pola magnetycznego.
Czujnik hallotronowy
Jeśli pole magnetyczne jest teraz przesuwane naprzemiennie do czujnika i z powrotem przez koło zębate, generowany jest kwadratowy sygnał wyjściowy o wartości 0-5 V lub 12 V.
Im szybciej obraca się koło, tym krótszy jest czas pomiędzy wysokim i niskim poziomem.
Wykrywanie prędkości i położenia wału korbowego
- Dzięki tej „sztuczce” ECU może wykrywać prędkość i pozycję wału korbowego w tym samym czasie.
- Koło zębate ma jedną większą szczelinę w określonej pozycji.
- Sygnał generowany przez czujnik uwzględnia tę dużą szczelinę, dzięki czemu ECU może obliczyć pozycję.
- Ten charakterystyczny element sygnału nazywany jest znacznikiem referencyjnym. W przypadku czujników indukcyjnych w tym punkcie występuje wyższa wartość szczytowa napięcia w porównaniu z resztą sygnału. W przypadku czujników hallotronowych w tym punkcie pojawia się nieco dłuższy okres wysokiego poziomu. Previous
Porównanie czujnika hallotronowego i czujnika indukcyjnego
| Czujnik hallotronowy | Czujnik indukcyjny |
|---|---|
| Zintegrowana elektronika | Brak zintegrowanej elektroniki |
| Zewnętrzne zasilanie 5 V | Generuje sygnał, nie wymaga zewnętrznego zasilania |
| Kwadratowy sygnał wyjściowy (0 V / 5 V) | Sygnał wyjściowy w kształcie fali |
| Napięcie nie zmienia się wraz z prędkością koła | Napięcie rośnie wraz z prędkością koła i jest uzależnione od odległości od koła |
| 3 piny | 2 lub 3 piny (trzeci dla ekranu) |
| Wykrywanie prędkości przy prawie całkowitym zatrzymaniu (wykrywanie niskiej prędkości) | Wykrywanie prędkości możliwe tylko powyżej określonej prędkości. |
| Czujnik jest mniejszy i lżejszy | Czujnik jest większy |
| Niższa wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne | Wysoka wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne |
| Zmiany szczeliny powietrznej między czujnikiem a kołem zębatym nie mają bezpośredniego wpływu na sygnał | Zmiany szczeliny powietrznej między czujnikiem a kołem zębatym mają bezpośredni wpływ na sygnał |
| Wyższa odporność na drgania i wahania temperatury | Niższa odporność na drgania i wahania temperatury |
Instalacja
Instalacja
- Po zainstalowaniu nowych czujników wałka rozrządu i korbowego wiele samochodów musi przejść procedurę „uczenia”. Niezbędne jest do tego narzędzie skanujące.
- Jednostka sterująca silnika (ECU) „nauczy się” dokładnej pozycji czujnika.
Kontekst: elementy czujnika hallotronowego w obudowie czujnika nie zawsze znajdują się w tej samej pozycji, co w starym czujniku. Oznacza to, że sygnał może pojawić się nieco później lub wcześniej.
Diagnoza
Konsekwencje awarii czujnika
Wałka rozrządu
- Bez tego sygnału ECU może (w większości samochodów) utrzymać pracę silnika.
- Silnik uruchamia się z opóźnieniem. Silnik działa w programie awaryjnym. Kontrolka MIL świeci się.
- Zmienne fazy rozrządu (jeśli silnik ma tę funkcję) nie będą działać.
Wału korbowego
- Bez tego sygnału (głównego sygnału wejściowego dla ECU) ECU nie może utrzymać pracy silnika.
- Silnik nie pracuje i nie uruchamia się.
Oznaki uszkodzonego czujnika wału korbowego
- W większości przypadków silnik nie będzie pracował i zostanie zarejestrowany kod DTC (diagnostyczny kod usterki).
- Zdarza się, że błąd występuje sporadycznie. Poniższe oznaki wskazują na uszkodzenie czujnika wału korbowego:
- Nieprawidłowy rozruch
- Szarpanie silnika
- Silnik gaśnie
- Słabe osiągi
- Wypadanie zapłonu
Skorodowane styki
Do obudowy złącza przedostała się woda, powodując korozję styków. Podczas wymiany czujnika należy dokładnie sprawdzić uszczelki złącza, styki złącza i przewody między złączem a sterownikiem silnika.
Uszkodzone/postrzępione przewody
Przewody zostały uszkodzone przez siłę zewnętrzną. Sytuacja taka może być spowodowana nadmiernym ruchem ciągnącym (zbyt ciasno ułożony przewód, ciągnięcie za przewód podczas montażu) lub obracającymi się częściami (przewód ocierający się o obracające się części, np. koło wału korbowego). Dlatego należy zwrócić uwagę na prawidłowe poprowadzenie przewodów podczas instalacji.
Zbyt duża szczelina
Szczelina między kołem zębatym a czujnikiem jest zbyt duża, co powoduje osłabienie sygnału. Przyczyną tego problemu może być nieprawidłowo zainstalowany czujnik lub czujnik nieodpowiedni dla danego silnika.
Uszkodzone koło zębate
Koło zębate jest uszkodzone mechanicznie.
Uszkodzone mechanicznie koło zębate, na którym jeden lub więcej zębów jest uszkodzonych lub złamanych, może spowodować nieprawidłowości w pracy sygnału. Zatem koło zębate również powinno zostać poddane kontroli wzrokowej.
Kontrola czujników wałka rozrządu i korbowego
Najlepszym sposobem sprawdzenia, czy czujnik wałka rozrządu lub korbowego działa prawidłowo, jest zweryfikowanie poprawności sygnału. Oscyloskop jest do tego właściwym narzędziem.
Przede wszystkim konieczne jest określenie, czy oczekiwany jest sygnał hallotronowy czy indukcyjny.
Dobrym wyznacznikiem jest informacja, czy czujnik ma 2 czy 3 piny. Jeśli ma 2 piny, najprawdopodobniej jest to czujnik indukcyjny, a jeśli ma 3 piny, z reguły jest to czujnik hallotronowy. Od tej reguły są jednak wyjątki, czasami czujnik indukcyjny może mieć trzeci pin na ekran.
Dobrym sposobem identyfikacji czujników NTK jest numer handlowy. Jeśli zaczyna się od „CM”, jest to czujnik indukcyjny, a jeśli zaczyna się od „CH”, jest to czujnik hallotronowy.
Testowanie czujników indukcyjnych
- Połącz wyjścia pomiarowe oscyloskopu z gniazdami 1 i 2 czujnika.
- Wybierz takie ustawienie wstępne oscyloskopu, aby sygnał z czujnika był dobrze widoczny. Aby ocenić sygnał, najlepiej jest wizualizować dwa obroty wału korbowego. Ustawienia należy korygować wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika, aby sygnał pozostawał widoczny. Poniżej znajdziesz informacje, które mogą pomóc w ustawieniu osi X i Y:
| Oś Y: | Oś X: |
|---|---|
| Napięcie sygnału co najmniej 0,5 V podczas rozruchu | Pomiędzy 100 ms a 200 ms na wykonanie dwóch pełnych obrotów wału korbowego |
| Napięcie sygnału co najmniej 2 V na biegu jałowym | |
| Napięcie sygnału wzrasta wraz z prędkością obrotową silnika |
- Wartości szczytowe napięcia nie powinny znacznie różnić się od siebie, z wyjątkiem znaku referencyjnego. Odchylenie 20-30 procent jest standardowym odchyleniem dla wielu producentów pojazdów. Odchylenia powyżej tej wartości wskazują na uszkodzenie koła impulsowego.
Testowanie czujników hallotronowych
- Połącz wyjścia pomiarowe oscyloskopu z gniazdem linii sygnałowej czujnika i masą akumulatora (zacisk 31).
- Wybierz takie ustawienie wstępne oscyloskopu, aby sygnał z czujnika był dobrze widoczny. Aby ocenić sygnał, najlepiej jest wizualizować dwa obroty wału korbowego. Ustawienia należy korygować wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika, aby sygnał pozostawał widoczny. Poniżej znajdziesz informacje, które mogą pomóc w ustawieniu osi X i Y:
| Oś Y: | Oś X: |
|---|---|
| Napięcie sygnału od 0-5 V lub 0-12 V | Pomiędzy 150 ms a 200 ms na wykonanie dwóch widocznych pełnych obrotów wału korbowego na biegu jałowym. |
| Czas pomiędzy wysokim a niskim poziomem wzrasta wraz z prędkością obrotową silnika |
Testowanie czujników hallotronowych
- Jeśli oscyloskop nie wykrywa żadnego sygnału lub napięcie sygnału jest zbyt niskie, najprawdopodobniej występuje problem z zasilaniem czujnika. Do sprawdzenia zasilania czujnika można zmierzyć napięcie pomiędzy przewodem plus i minus czujnika. W zależności od tego, czy obwód zasilany jest napięciem 5 V czy 12 V, oczekuje się wystąpienia określonej wartości pomiarowej.
- Jeśli nie możesz zmierzyć sygnału na pinach linii sygnałowej czujnika, a zasilanie jest sprawne, czujnik jest uszkodzony.
Dalsze testy obwodu czujnika
Aby sprawdzić poprawność tego wyniku, możesz sprawdzić rezystancję przewodów między jednostką sterującą silnika a czujnikiem. W celu uniknięcia uszkodzenia obwodu przewód musi być mierzony w stanie bezprądowym. W tym celu odłącz złącze na jednostce sterującej silnika i na czujniku. Rezystancja może się różnić w zależności od długości i średnicy przewodu, jednak wartość rezystancji wynosząca około 1 Oma jest standardową wartością dla sprawnego przewodu.
