Uniwersytet Warmińsko - Mazurski w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

Mechanika i Budowa Maszyn

LABORATORIUM PODSTAW MECHATRONIKI

TEMAT: Czujniki spalania stukowego, prędkości własnej pojazdu, prędkości

obrotowej, przyspieszeń liniowych.

Wykonał:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie podstawowych parametrów czujników występujących w systemach samochodowych. Ocenia przebiegów napięciowych za pomocą oscyloskopu, oraz wykonanie pomiarów napięć i rezystancji za pomocą miernika uniwersalnego.

2. Wstęp teoretyczny

Czujnik spalania stukowego

Głównym elementem układu jest sensor dźwięku umieszczony na zewnętrznej stronie silnika. Przenosi on fale wytworzone przez obudowę silnika do układu sterującego. Czujnik ten zbudowany jest z piezoelektrycznego przetwornika działającego na zasadzie efektu piezoelektrycznego, polegającego na wyzwalaniu ładunków elektrycznych podczas mechanicznego oddziaływania sił na kryształy np. kwarcu. Elementem pomiarowym czujnika jest element piezoelektryczny czuły na drgania silnika. Jeżeli element piezoelektryczny przymocowany jest do kadłuba silnika w po pobliżu głowicy, tak aby drgania te przenosiły się na stos kwarcowy, to siły bezwładności będą powodowały zmiany ładunku na jego elektrodach. Siła nacisku na kryształ będzie proporcjonalna do przyspieszenia, a więc napięcie powstające w czujniku będzie miarą przyspieszenia. Pojawienie się takiego sygnału w układzie sterowania powoduje, że przy następnym cyklu roboczym świeca zapłonowa otrzymuje impuls napięcia opóźniony o 3o obrotu wału korbowego. Jeśli, pomimo tego, zjawisko spalania stukowego nadal występuje, proces ten zostaje powtórzony o kolejne 3o, aż do zaniknięcia efektu stukania. Gdy zaniknie stukanie układ sterujący zaczyna natychmiast wydawać impuls przyśpieszający i trwa to tak długo, aż ponownie sensor wyczuje stukanie.

Czujnik prędkości własnej pojazdu

Działanie czujnika oparte jest na zjawisku Halla. Na wirniku czujnika prędkości umieszczony jest zespół magnesów trwałych. Czujnik Halla i układ elektroniczny znajduje się w stojanie. Czujnik jest tak wyregulowany, że jeden impuls odpowiada przejechaniu jednego metra drogi. Częstotliwość tych impulsów jest zatem proporcjonalna do prędkości liniowej samochodu. W oparciu o częstotliwość impulsów, sterownik określa prędkość własną pojazdu. Czujnik może być montowany np: na wyjściu mechanizmu różnicowego. Częstotliwość tych impulsów jest zatem proporcjonalna do prędkości liniowej samochodu.

Czujnik aktywny prędkości obrotowej

Czujnik tego typu zastępuje tradycyjne czujniki indukcyjne. Zastępuje uzębienie koła impulsowego przez magnesy. Magnesy są ułożone w kształt pierścienia wielobiegunowego. Element pomiarowy czujnika aktywnego jest stale poddawany działaniu zmiennego pola magnetycznego tych magnesów. Napięcie w czujniku jest poddawane obróbce. Odmiennie niż w przypadku czujników indukcyjnych, analizowane napięcie nie zależy od prędkości obrotowej koła. Pomiar koła może już odbywać się od stanu spoczynku. Częstotliwość prądu jest tak samo jak w czujnikach indukcyjnych proporcjonalna do prędkości koła.

Czujnik przyspieszeń liniowych

Czujnik ten stosowany jest w układach napinaczy pasów, poduszek gazowych jako element wyzwalający, pomiaru wzdłużnego i poprzecznego przyspieszenia, w systemach ABS, ASR, ESP. Czujnik przyspieszeń liniowych może być piezoelektryczny. We wspólnej hermetycznej obudowie umieszczony jest bimorficzny element zginany, element pomiarowy z modułem wzmacniacza sygnału. Elementem czujnika przyśpieszenia mającym wpływ na oddziaływanie przyspieszenia jest bimorficzny element zginany. Składa się z dwu sklejonych, przeciwnie spolaryzowanych warstw piezoelektrycznych. Wpływ przyspieszenia powoduje wygięcie belki tak, że jedna warstwa jest rozciągana, a druga ściskana. W wyniku wygięcia belki powstałe napięcie poprzez elektrody trafia do elementu pomiarowego. Układ hybrydowy, składający się z przetwornika impedancji, filtru i wzmacniacza sygnału przetwarza i wzmacnia sygnał, zapewniając pożądaną czułość i zakres częstotliwości.

3. Wyniki pomiarów

Czujnik przyspieszeń

Drgania niskie: Drgania średnie:

Drgania wysokie:

Drgania	U[V]
niskie	1,6
średnie	2
wysokie	3,6

Czujnik spalania stukowego

Uderzenie lekkie :
Uderzenie średnie:

Uderzenie mocne:

Uderzenie	U[V]
lekkie	17
średnie	19
mocne	22

4. Wnioski

Otrzymane oscylogramy przedstawiają przebiegi napięciowych sygnałów wyjściowych podawanych przez badane czujniki. W przypadku czujnika przyspieszeń wzrost częstotliwości drgań odpowiadał wzrostowi wartości napięcia sygnału wyjściowego. Czujniki przyspieszeń liniowych są stosowane głównie w systemach odpowiadających za bezpieczeństwo bierne samochodów osobowych. Odpowiednia wartość sygnału podawanego przez czujnik aktywuje działanie poduszek powietrznych czy też pirotechnicznych napinaczy pasów w razie kolizji pojazdu

Wzrost siły uderzenia działającej na czujnik spalania stukowego wpływał na zwiększanie wartości sygnału wyjściowego. Nagły wzrost wartości sygnału czujnika wskazuje na gwałtowne zwiększenie ciśnienia w cylindrze silnika, co odpowiada wystąpieniu spalania stukowego. Spalanie detonacyjne powoduje wystąpienie drgań mechanicznych kryształu piezoelektrycznego czujnika i wytworzenie sygnału przekazywanego do elektronicznego urządzenia sterującego. Układ sterujący wysyła następnie sygnał wpływający na kąt wyprzedzenia zapłonu w celu uniknięcia wystąpienia spalania detonacyjnego. Kąt wyprzedzenia zapłonu musi być jednak utrzymywany odpowiednio przed granicą wystąpienia spalania stukowego w celu maksymalnego wykorzystania współczynnika sprawności silnika.

---