Program BENEFIT
Materiały szkoleniowe
DIAGNOSTYKA CZUJNIKÓW
W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH
Cz.I
Akademia Techniki Samochodowej AD
AD POLSKA
czerwiec 2006
Sławomir Olszowski
SPIS TREŚCI
1.Wprowadzenie………………………………………………………………….. 3
2.Czujniki prędkości obrotowej wału korbowego……………………………….. 4
2. l Czujnik magnetoindukcyjny …………………………………………….. 4
2.2 Czujnik Halla-jako czujnik położenia wału korbowego…………………. 5
3.Czujniki położenia wałka rozrządu ……………………………………………. 6
4. Czujniki temperatury…………………………………………………………... 7
4. l. Czujnik temperatury płynu chłodzącego NTC - o ujemnym współczynniku temperaturowym (NTC-Negative Temperaturę Coefficient).
4.2. Czujnik temperatury powietrza …………………………………………. 8
4.3.Czujnik temperatury oleju silnikowego………………………………….. 10
4.4. Czujnik temperatury paliwa …………………………………………….. 10
5.Czujnik ciśnienia układu dolotowego MAP……………………………………. 10
6. Czujnik ciśnienia atmosferycznego …………………………………………… 11
7. Czujnik tlenu (sonda lambda)………………………………………………….. 11
7.1. Sonda lambda napięciowa ……………………………………………… 12
7.2Sonda lambda rezystancyjna (tytanowa)…………………………………. 13
7.3 Układ wydechowy z dwiema sondami lambda …………………………. 14
7.4. Sondy uniwersalne………………………………………………………. 15
8. Czujnik spalania stukowego…………………………………………………… 16
9. Przepływomierz masowy powietrza …………………………………………... 16
9. l. Budowa masowego przepływomierza powietrza HFM5 …………….... 17
9.1.1. Wizualizacja procesu pomiarowego przepływomierza………………. 17
9.1.2. Problemy eksploatacyjne…………………………………………….. 18
9. l .3 Problemy diagnostyczne……………………………………………… 18
9.2 Przepływomierz cyfrowy HFM6………………………………………... 19
9.4. Przepływomierz ultradźwiękowy Karmana……………………………. 20
10 Literatura………………………………………………………………… 21
l. Wprowadzenie
Wraz ze wzrostem postępu w dziedzinie elektroniki, wyroby tej grupy znajdują coraz szersze zastosowanie w samochodach. Nieliczne kiedyś, dzisiaj są upakowane niemalże w każdej części samochodu począwszy od przedziału silnikowego poprzez przedział pasażerski a skończywszy na zderzakach pojazdu.
Jednostka centralna ECU (Electronic Control Unit) - „mózg systemu", analizuje sygnały dochodzące z czujników i na ich podstawie podejmuje decyzje i wydaje polecenia na drodze elektrycznej układom wykonawczym. Tak więc każdy system sterowania zbudowany jest z czujników i nadajników wartości znamionowych, jednostki centralnej oraz elementów wykonawczych.
Ogólną prezentację z zakresem występowania już istniejących czujników przedstawiono na rys. l.
Rys. l. Czujniki w różnych układach pojazdu [l]
Z czujników wychodzą różne sygnały wyjściowe. Mogą nimi być: napięcie, natężenie prądu, wartość amplitudy, częstotliwość lub okres oraz współczynnik wypełnienia impulsu. Sygnał może być analogowy lub cyfrowy.
W schematach funkcjonalnych możemy napotkać oznaczenia czujników na podstawie ich stopnia integracji. SE - czujnik lub grupa czujników SA - obróbka analogowa sygnału A/D - przetwornik analogowo cyfrowy SG - sterownik cyfrowy MC - mikrokomputer
Oznaczenia te mogą być przyporządkowywane do jednego układu sterującego zależnie od stopnia integracji czujnika, np.:
2. Czujniki prędkości obrotowej wału korbowego
Są umieszczone w miejscu umożliwiającym pomiar kąta obrotu <P wału korbowego lub prędkość kątową cd (przebytą drogę w jednostce czasu). Pomiar ten jest względny. Układ pomiarowy składa się z czujnika i koła zębatego.
2.1. Czujnik magnetoindukcyjny
Przetwornik magnetyczny na wale korbowym. Nie wymaga zewnętrznego zasilania. Poprawność działania można sprawdzać po odłączeniu od instalacji samochodu. Odległość pomiędzy końcówką czujnika a kołem impulsowym wynosi najczęściej 0,8-1,2 mm. Sprawdzamy oporność uzwojenia z instrukcją serwisową oraz wartość indukowanego napięcia. Opór czujnika mieści się zwykle w granicach 200-9000 (sprawdzaj prawidłowe wartości w instrukcjach serwisowych). Wartość napięcia indukowanego przez czujnik podczas rozruchu powinna być wyższa niż 0,8V. Można go sprawdzać zwykłym multimetrem (Ω, V) oraz oscyloskopem - pełny przebieg sygnału.
Rys. 2. Obraz oscyloskopowy czujnika indukcyjnego obrotów wału korbowego
Przegięcie z przesunięciem na oscylogramie występuje ze względu na usunięcie zęba/zębów na kole zębatym lub brak wrębu zęba. Miejsce przegięcia informuje sterownik o położeniu tłoka w pierwszym cylindrze. W różnych silnikach wartość tego kąta w stosunku do położenia GMP pierwszego cylindra może być różna. Dla przykładu w silniku VW 1,8 20V typ AGN występuje 78° przed GMP zaś w silniku 2,3 25 V typ AGZ - 172° przed GMP. Może mieć dwa lub trzy styki. W przypadku trzystykowego styk dodatkowy jest ekranem przewodów cewki. Na schematach literatury serwisowej Vivid WorkShopCD posiada zawsze nr 39 -jeśli jest magnetoindukcyjny.
Rys. 3. Czujnik magnetoindukcyjny położenia wału korbowego - dwu i trzystykowyjako element systemu w układzie z ECU. A- wg schematów Bosch, B - Vivid WorkShopCD
W przypadku awarii czujnika, silnika nie da się uruchomić a jeżeli pracował zatrzyma się.
2.2 . Czujnik Halla -jako czujnik położenia wału korbowego
Są samochody, w których jako czujników położenia wału korbowego wykorzystuje się czujniki Halla (np. niektóre modele BMW). Do precyzowania położenia wału korbowego wykorzystywane jest zjawisko Halla - w przewodzie przez który płynie prąd elektryczny, strumień elektronów zostaje odchylony przez zewnętrzne pole magnetyczne prostopadle do kierunku przepływu prądu
i prostopadle do kierunku pola magnetycznego.
Czujniki posiadają trzy styki. W samochodach europejskich dwa zewnętrzne to zasilanie zaś styk środkowy to sygnał. W niektórych pojazdach amerykańskich styki mają inną kolejność ( np.Chrysler
Neon), pierwsze dwa to zasilanie, styk 3 - sygnałowy. Można go diagnozować za pomocą oscyloskopu. Użycie zwykłego multimetru spowoduje uszkodzenie czujnika.
Na schematach literatury serwisowej Vivid WorkShopCD [7] czujnik Halla wykorzystywany jako czujnik do ustalania położenia wału korbowego jest oznaczony zawsze nr 41. Przykłady oznaczeń oraz obraz oscyloskopowy przedstawiono na rys. 4.
Rys. 4. Czujnik halla położenia wału korbowego -jako element systemu w układzie z ECU.
A- wg schematów Bosch, B - Vivid WorkShopCD.
3. Czujniki położenia wałka rozrządu
Służą do identyfikacji kolejnego cylindra wchodzącego w suw pracy. Są wykorzystywane do: sterowania zapłonem, kontroli spalania stukowego, sekwencyjnego wtrysku palia, do sterowania zmiennych faz rozrządu.
W przypadku uszkodzenia czujnika położenia wałka rozrządu kontrola spalania stukowego będzie nieaktywna a silnik pod obciążeniem będzie pracował z opóźnieniami kąta wyprzedzenia zapłonu (Motronic) ok. 3° na każdy cylinder (4 cylindrowy silnik 12°). Najczęściej czujnikami położenia wałka rozrządu są czujniki Halla opisane wcześniej. Na schematach literatury serwisowej Vivid WorkShopCD [7] czujnik Halla położenia wałka rozrządu posiada zawsze nr 40 a nie jak przy czujniku położenia wału korbowego 41.
Rys. 5. Czujnik halla położenia wałka rozrządu -jako element systemu w układzie z ECU. A- wg schematów Bosch, B - Vivid WorkShopCD. Są samochody, w których jako czujników położenia wałka rozrządów wykorzystuje się czujniki indukcyjne (np. niektóre modele firmy TOYOTA, BMW). Na schematach literatury serwisowej Vivid WorkShopCD [7] czujnik magnetoindukcyjny położenia wałka rozrządu posiada zawsze nr 38 a nie jak przy czujniku położenia wału korbowego 39.
Rys. 6. Czujnik magnetoindukcyjny położenia wałka rozrządu -jako element systemu w układzie z ECU. A- wg schematów Bosch, B - Vivid WorkShopCD.
Wszystkie czujniki Halla muszą być zasilane. Dlatego podstawową kontrolą przy braku właściwego obrazu oscyloskopowego jest pomiar napięcia na wiązce przewodów dochodzącej do czujnika Halla. Napięcie zasilania to 5 lub 12V.
Sprawdzaj prawidłową wartość napięcia w instrukcji serwisowej.
4. Czujniki temperatury
Zadaniem czujników temperatury jest dostarczenie informacji do sterownika o rzeczywistej temperaturze: płynu chłodniczego, temperaturze powietrza zasysanego, temperaturze paliwa, oleju silnikowego, temperaturze zewnętrznej, temperaturze wnętrza, temperaturze parownika w klimatyzatorze, spalin, okładzin hamulców czy powietrza w oponach.
Czujnikami temperatury są: rezystory o ujemnym współczynniku temperaturowym (NTC- Negative Temperaturę Coefficient) rzadziej o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC- Positive Temperaturę Coefficient).
Uwaga: Po dłuższym postoju pojazdu wszystkie czujniki temperatury- powinny wskazywac taka sama wartość.
4.1.Czujnik temperatury płynu chłodzącego NTC - o ujemnym współczynniku
temperaturowym (NTC-Negative Temperaturę Coefficient)
Sygnał czujnika temperatury płynu chłodzącego jest wykorzystywany do sterowania: początkiem wtrysku, dawką wtryskiwanego paliwa w tym dawką rozruchową, kątem wyprzedzenia zapłonu w silnikach Zł oraz kątem wyprzedzenia wtrysku w silnikach ZS ze sterowaniem elektronicznym EDC. usuwaniem par paliwa ze zbiornika z węglem aktywnym, do stabilizacji pracy na biegu jałowym oraz uruchamiania wtrysku powietrza dodatkowego do kolektora wydechowego.
Wraz ze wzrostem temperatury silnika, występuje zmniejszenie rezystancji czujnika temperatury. Często wartości oporu czujnika kształtują się w zakresach: 2-3 kO dla 20 C oraz 200-3000 dla 90°C. Nie można jednak polegać na tych wartościach, gdyż występują czujniki o znacznie różniących się charakterystykach. Dla przykładu w samochodzie Citroen C5 silnik 1,8 16V -
EW7J4 (6FZ) wartości te wynoszą odpowiednio: 5-6 k0 dla 20°C oraz 500-6000 dla 80°C.
Rys. 7. Czujnik temperatury płynu chłodniczego - jako element systemu w układzie z ECU. A- wg schematów Bosch, B - Vivid WorkShopCD. S- linia sterownika silnika, X-linia wskaźnika temperatury na tablicy wskaźników. X71A - złącze niebieskie na tablicy wskaźników, pin 8 (Audi A3, 74kW, AKL).
Kontrola czujnika temperatury polega na sprawdzeniu wartości napięcia zasilania na złączu wiązki elektrycznej silnika, pomiarze rezystancji czujnika i odniesieniu jej do rzeczywistej temperatur) silnika zmierzonej za pomocą dodatkowego urządzenia, pomiarze oporu przewodów pomiędzy czujnikiem a sterownikiem silnika. W każdym przypadku badając „drożność" wiązki przewodów wartość oporu powinna być mniejsza niż 1Q. Zmiana rezystancji czujnika powoduje spadek napięcia na czujniku temperatury. Zakres przewidywanej eksploatacji pojazdu przewiduje się w temperaturach od -40°C do +140°C. Dla takich temperatur wartość spadku napięcia na czujniku
mieści się w dopuszczalnym zakresie 0.5V do 5V. Sterownik ECU taki stan uznaje za właściwy. Gdy spadek napięcia przekroczy dopuszczalny zakres sterownik może wykryć uszkodzenie.
Przy uszkodzeniu obwodu czujnika polegającym na zmianie rezystancji czujnika i/lub połączeń wtykowych obwodu (utlenienie się styków połączeniowych) całkowita wartość rezystancji obwodu „widziana" przez sterownik się zwiększa. Dodają się bowiem opory czujnika i opory kolejnych połączeń wtykowych do siebie (połączenie szeregowe). Jeżeli wartość sumaryczna oporu mieści się w normalnym zakresie pracy czujnika system samodiagnozy nie wykryje uszkodzenia i przy odczycie pamięci błędów serwisowy komputer diagnostyczny wykaże „ilość usterek-0." Wynikiem takiej sytuacji będzie zwiększone zużycie paliwa. Uszkodzenie czujnika temperatury może być wykryte wyłącznie w przypadku: nieprawdopodobnego sygnału, przerwy w obwodzie, zwarcia do masy lub zwarcia do plusa.
4.2. Czujnik temperatury powietrza
Czujnik temperatury powietrza zainstalowany jest w układzie dolotowym; może być wbudowany do masowego przepływomierza powietrza, może być zintegrowany z czujnikiem ciśnienia w kolektorze dolotowym lub może być niezależny. W samochodach z turbodoładowaniem mogą być zamontowane dwa czujniki temperatury powietrza, jeden jest zintegrowany z czujnikiem ciśnienia powietrza w kolektorze dolotowym (np. Audi A3 silnik AQA - 1,8 20VT, układ
Motronic ME 7,5 wersja od 2000 r.).
Rys. 8. Czujniki temperatury powietrza NTC(1, 2, 3). Czujnik ciśnienia i temperatury (4). [5]
Rys. 9. Przepływomierz masowy powietrza z czujnikiem temperatury powietrza.
l- pokrywa kanału pomiarowego, 2- sensor, 3- blacha nośna, 4- pokrywa kanału hybrydowego, 5- układ hybrydowy, 6- złącze wtykowe, 7- ring, 8- czujnik temperatury powietrza.
Charakterystyka czujnika temperatury powietrza. [7]
Rys. 10. Czujnik temperatury powietrza na schematach programu Vivid WorkShopCD Czujnik temperatury powietrza w systemie z czujnikiem ciśnienia dolotowego lub doładowania dostarcza informację do sterownika w celu obliczenia ilości recyrkulowanych spalin oraz regulacji ciśnienia doładowania. Czujnik ten pracuje w zakresie temperatury powietrza od
(- 40°C...
sebamackg