Датчик оборотов двигателя для контроллера

Датчик оборотов двигателя для контроллера

Понадобилось на работе контролировать обороты двигателя. Решили использовать датчик Холла. На муфту установленную на валу двигателя приклеили пару неодимовых магнитов. Для датчика Холла сделали схему на компараторе, чтобы фиксировать моменты прохождения магнита напротив датчика. Схема приведена на рис.1

Рис. 1 Принципиальная схема тахометра

Описание работы

Датчик Холла AHSS49 на каждый проход магнита, закрепленного на валу двигателя формирует импульс амплитудой около 1 вольта, со смещением относительно земляной шины на +2,5 В.

Полученный сигнал поступает на вход компаратора IC1 LM311, который формирует управляющие импульсы для выходной опто-развязки OC1 PC817, выход которой присоединяется ко входу контроллера, подтянутому через сопротивление 1-2 кОм к питанию контроллера. В промышленных контроллерах, такие резисторы предустановлены и требуется только конфигурирование входных цепей. Порог срабатывания компаратора IC1 настроен на напряжение 2,6 В. Настраивая компаратор на более высокое напряжение можно получить более узкие импульсы на выходе — это связано с тем, что импульсы на выходе датчика Холла имеют форму близкую к треугольной.

Конденсаторы С1, С2 предназначены для снижения импульсных помех и исключения ложных срабатываний компаратора.

Схема была смакетирована на самодельной монтажной плате см. рис.2 Для публикации была подготовлена разводка печатной платы см. Приложения к статье.

Рис.2 Макет схемы усиления сигнала датчика Холла

Установка датчика около муфты вала двигателя см.рис.3 Датчик Холла был установлен таким образом, чтоб при прохождении магнитов установленных на муфте они оказывались на расстоянии пимерно 5 мм напротив датчика Холла. При установке на валу двух магнитов результирующая частота на выходе платы удваивается. При установке 4 магнитов возрастает в 4 раза. Большее число магнитов устанавливается для подсчета частоты вращения низко-оборотных двигателей. Соответственно, при измерении частоты вращения двигателя результат делится на число магнитов установленных на валу двигателя.

Рис.3 Установка датчика на кронштейне вблизи муфты на валу двигателя

Выход тахометра может быть организован несколькими способами в зависимости от решаемых задач

Схема приведенная на рис. 1 при работе с промышленными контроллерами может не дать устойчивого срабатывания на каждый импульс поскольку 2 p-n перехода опто-развязки PC817 при полном открытии будут давать падение напряжения около 1 В. И , в этом случае, дискретные входы пром.контроллера выполненные на КМОП микросхемах будут срабатывать неустойчиво, в этом случае имеет смысл реализовать схему выхода на полевом N-канальном транзисторе. Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе приведен на рис.4 . Для управления полевым транзистором пришлось задействовать дополнительный вход контроллера (клемма Х1). В случае если входов контроллера для этого не хватает, можно использовать дополнительный источник питания + 5В, подключив его к клемме Х1. Рабочий вход (клемма Х2) замыкается полевым транзистором и сформированные импульсы поступают на вход контроллера Х2.

Рис.4 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе с дополнительной гальванической развязкой

Если дополнительная гальваническая развязка выхода не нужна, можно использовать схему рис.5

Рис.5 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе без дополнительной опторазвязки

Рис. 6 Осциллограмма выходного сигнала для варианта схемы см. рис. 4

Датчики частоты вращения двигателя

Датчики частоты вращения двигателя используются в системах управления двигателем для

• измерения числа оборотов двигателя и
• определения положения коленчатого вала (положение поршня двигателя).Число оборотов рассчитывается по интервалу между сигналами датчика скорости вращения.

Индуктивные датчики скорости вращения

Конструкция и принцип действия

Датчик монтируется прямо напротив ферромагнитного зубчатого колеса (рис. 1, поз. 7) с определенным воздушным зазором. Он имеет сердечник из магнито мягкой стали (полюсный контактный штифт, поз. 4) с обмоткой (5). Полюсный контактный штифт соединен с постоянным магнитом (1). Магнитное поле распространяется через полюсный контактный штифт, проходя в зубчатое колесо. Магнитный поток, проходящий через катушку, зависит от того, попадает ли расположение датчика напротив впадины или зуба колеса. Зубец соединяет в пучок магнитный поток рассеяния, исходящий от магнита.

Через катушку происходит усиление сетевого потока. Впадина, наоборот, ослабляет магнитный поток. Эти изменения магнитного потока при вращении зубчатого колеса индуцируют в катушке синусоидальное выходное напряжение, пропорциональное скорости изменения и числу оборотов двигателя (рис. 2). Амплитуда переменного напряжения интенсивно возрастает с увеличением числа оборотов (несколько мВ. > 100 В). Достаточная амплитуда присутствует, начиная с минимального числа оборотов от 30 в минуту.

Активные датчики скорости вращения

Активные датчики скорости вращения работают по магнитостатическому принципу. Амплитуда выходного сигнала не зависит от числа оборотов. Благодаря этому можно измерять скорость вращения и при очень низком числе оборотов (квазистатическое определение числа оборотов).

Дифференциальный датчик Холла

На проводящей ток пластинке, по которой вертикально проходит магнитная индукция В, поперечно к направлению тока можно снимать напряжение UH (напряжение Холла), пропорциональное направлению тока.

В дифференциальном датчике Холла магнитное поле вырабатывается постоянным магнитом (рис. 3, поз. 1). Между магнитом и импульсным кольцом (4) находятся два сенсорных элемента Холла (2 и 3). Магнитный поток, который проходит сквозь них, зависит от того, находится ли датчик скорости вращения напротив зубца или паза. Благодаря созданию разности сигналов от обоих датчиков достигается снижение магнитных сигналов возмущения и улучшенное соотношение сигнала/шума. Боковые поверхности сигнала датчика могут обрабатываться без оцифровывания непосредственно в блоке управления.

Вместо ферромагнитного зубчатого колеса используются также многополюсные колеса. Здесь на немагнитном металлическом носителе установлен намагничивающийся пластик, который попеременно намагничивается. Эти северные и южные полюсы принимают на себя функцию зубцов колеса.

AMR -датчики

Электрическое сопротивление магниторезистивного материала (АМР, анизотропный магниторезистивный) является анизотропным.

Это означает, что оно зависит от направления магнитного поля, которое на него воздействует. Это свойство используется в АМР -датчике. Датчик находится между магнитом и импульсным кольцом. Линии поля изменяют свое направление, когда вращается импульсное (активное) колесо (рис. 4). В результате формируется синусоидальное напряжение, которое усиливается в схеме обработки данных и преобразуется в сигнал прямоугольной формы.

GMR -датчики

Усовершенствование активных датчиков скорости вращения отражено в использовании технологии GMR (ГМР) (Giant Magneto-Resistance). По причине высокой чувствительности по сравнению с датчиками АМР здесь возможны большие воздушные зазоры, за счет чего предполагаются использования в трудных сферах применения. Более высокая чувствительность производит меньше шумов фронта сигнала.

В ГМР -датчиках возможны также все двухпроводные порты, используемые ранее в датчиках скорости вращения Холла.

Датчиков оборотов на дизельных двигателях с электронным управлением два. Один установлен на блоке двигателя (речь идет о двигателях фирмы «Toyota») в районе третьего цилиндра и срабатывает от выступа на противовесе коленчатого вала. На старых двигателях этот датчик установлен на фланце ТНВД и «считает» обороты зубчатого колеса ТНВД (двигатель в этом случае называется 2L-ТНЕ). Сигнал с этого датчика идет на электронный блок управления, и при его исчезновении (обрыве датчика) двигатель не глохнет, хотя и начинает работать более жестко, т.е. имеет место более ранний впрыск топлива. (РИС.25)

Рис. 25. Датчик положения коленчатого вала расположен между третьим и четвертым цилиндрами. Когда устанавливается блок от обычного 2L-Т, для этого датчика приходится сверлить отверстие. К счастью, там есть для этого прилив. Но когда по какой-то причине его нет, можно к кромке блока шкивов приварить кусочек железа, а рядом закрепить датчик оборотов. Естественно, придется удлинить провода, но данная конструкция, уже проверено на двух машинах, работает.

На щитке приборов в этом случае загорается аварийная лампочка «check» с кодом «14» и двигатель снижает свою мощность. Следует отметить, что снижение мощности происходит не из-за того, что впрыск слишком ранний, а из-за того, что блок управления (компьютер) «увидел» «неправильный» сигнал (отсутствие сигнала) и включил обходную программу управления. Обходная же программа чего-чего, а достижения максимальной мощности уж точно не предусматривает. Таким образом, датчик оборотов коленчатого вала нужен, для управления опережением впрыска и на способность двигателя заводиться не влияет.

Второй датчик оборотов установлен внутри ТНВД и считывает обороты специальной шестерни на валу насоса.

Рис. 24. Если необходимо сместить какую-то регулировку, например, повернуть ТНВД, чтобы скомпенсировать износ его деталей, а заводом это не предусмотрено, можно сделать фигурную шпонку. В углу показаны разрезы обычной (А) и фигурной (Б) шпонок. При установке фигурной шпонки поворот вала уже будет другой. Этот способ нами неоднократно применялся на автомобилях, у которых нет трамблера, а угол опережения зажигания нужно сделать более ранним. Изготовили новую шпонку под шестерню коленчатого вала – проблема тут же исчезала.

При обрыве этого датчика перестает работать тахометр и двигатель глохнет. В память блока управления в этом случае заносится код неисправности «6» или «24», в зависимости от года разработки системы управления. Датчик, как уже говорилось, расположен внутри ТНВД, а провода от него выведены через крышку насоса. Там находится разъем на два провода.

Как уже отмечалось выше, одна из самых распространенных неисправностей, из-за которой не заводится двигатель – это неисправность именно этого датчика оборотов, поэтому необходимо измерить его сопротивление. Если обнаружится обрыв, датчик нужно заменить. Или перемотать. Делается это следующим образом (речь идет о двигателях начала и середины 90-годов; у более «свежих» ТНВД этот датчик в «квадратном» корпусе и неразборный).

• Снять заливную крышку топливного бака.
• Разъединить разъем на крышке ТНВД.
• Ключом открутить гайку разъема датчика.
• Пальцами вдавить разъем датчика внутрь ТНВД (этому препятствует уплотняющее резиновое кольцо внутри).
• Отвинтить четыре болта и снять крышку ТНВД.
• При помощи резиновой груши или пластиковой бутылки с трубкой удалить топливо из ТНВД.
• Плоской отверткой отогнуть концы стопорной пластинки винтов крепления датчика.
• Вывинтить два болта крепления датчика и снять стопорную пластинку. Для отвинчивания нужен спецключ «внутренняя звездочка» (torx).
• Снять пластину фиксации датчика, вынуть датчик.
• Отпаять датчик от разъема, не обращая внимания на цвет проводов. Если впоследствии вы перепутаете полярность (что достаточно просто сделать, вы же можете ошибиться в направлении намотки), поменять провода на разъеме не сложно, даже уже собрав насос. Двигатель заведется в любом случае, но если вы перепутаете провода датчика, момент впрыска топлива будет более поздним, что легко определить по характеру работы двигателя.
• С кончика датчика снять пружинную магнитокорректирующую шайбу. Заточенной под долото часовой отверткой удалить всю резиноподобную мастику, отпаять провода от выводов датчика.
• Маленьким бородком (гвоздем) выровнять фиксирующую вмятинку (хватит и одной) и при помощи той же часовой отвертки удалить магнитопроводную Т-образную пластинку.
• Вынуть магнит и удалить остатки мастики.
• Сильным пламенем газовой горелки в течение 5-8 сек нагреть корпус датчика.
• Затем быстро надавить отверткой на стержень датчика или на выступающую часть каркаса катушки и выдавить этот каркас наружу.

Вынуть стержень датчика, снова удалить остатки мастики и смотать обмотку (провод диаметром 0,08-0,10). Очистить каркас и при помощи электродрели намотать новую обмотку. Если каркас поврежден, нужно изготовить новый из картона или оргстекла. (РИС.26)

Рис. 26. Эскиз каркаса для круглого датчика оборотов у ТНВД первой половины 90-х годов. У более новых машин датчик оборотов не круглый, а квадратный.

Заготовку каркаса, изображенную на рисунке, доработайте напильником до формы оригинала. Нужно еще оформить выводы обмотки, для этого еще до намотки провода ножовочным полотном делаем пропилы в каркасе и эпоксидным клеем фиксируем в них две проволочки. После этого концы обмоток припаиваем к этим проволочкам (желательно сверху, чтобы при подпайке гибких выводов не произошло обрыва обмотки), на всякий случай обматываем тонкой пластиковой изолентой и помещаем в корпус датчика. В качестве проволочек мы используем выводы обычных сопротивлений МЛТ, которые есть у каждого радиолюбителя.

Установить сердечник в каркас и проверить его ориентацию (кончик его должен быть параллелен зубьям шестерни, над которой стоит датчик), установить магнит и Т-образную пластинку. Легким молотком и бородком нужно восстановить фиксирующую выемку (чтобы Т-образная пластина была зажата). В заключение проверяем сопротивление обмотки (оно должно быть около 200 Ом) и убеждаемся в отсутствии замыканий на корпус.

К выводам датчика подпаиваем два гибких провода и, еще раз проверив целостность обмотки, заполняем свободное пространство корпуса датчика маслостойким герметиком. Учтите, что при эксплуатации этот герметик немного разбухнет, поэтому слишком много его не должно быть. Только вровень с корпусом датчика или даже чуть меньше. Использовать в качестве герметика эпоксидные (и им подобные) клеи не рекомендуем, поскольку при полимеризации возникнут механические напряжения, которые могут вызвать обрыв обмотки датчика. Не стоит использовать капрон, поскольку он может просто расплавиться (температура внутри ТНВД около 100 0С). Время высыхания герметика до установки датчика около суток.

Припаять провода датчика к разъему. Установить датчик на место. Вставить разъем в крышку ТНВД и установить ее на место. С помощью ручного подкачивающего насоса заполнить ТНВД дизельным топливом. Проверить сопротивление датчика. Подсоединить разъем датчика и запустить двигатель. Если он не запустится, или запустится, но будет работать неправильно, поменять местами контакты в разъеме (в «маме»).

Какой датчик отвечает за обороты двигателя? Список и нужная информация

Часто проблемы с оборотами начинаются после заправки топливом низкого качества. В таком случае система впрыска просто не в состоянии сделать нормальную смесь.

В итоге обороты начинают плавать. Другая причина в неисправности зажигания. Это также достаточно распространенная проблема. Только исключив все эти причины можно переходить к проверке датчиков.

Где искать поломку?

Какой датчик отвечает за обороты двигателя? Ответ на это вопрос и простой и сложный одновременно. Причина может находиться в 4 различных датчиках:

• Холостого хода (ДХХ);
• Положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
• Массового расхода воздуха (ДМРВ);
• Рециркуляции отработавших газов (EGR).

Также, в очень редких случаях причиной плавающих оборотов может оказаться датчик положения коленчатого вала. Но это случается крайне редко и мы не будем рассматривать здесь этот вариант. Обычно проблемные датчики выявляются при проведении компьютерной диагностики. Но иногда нет возможности посетить сервис для этой процедуры. Поэтому можно вполне обойтись своими силами для их проверки.

Датчик на холостой ход

Нужно отметить, что при его повреждении обороты будут плавать в основном на холостом ходу. Но в любом случае проверку следует начинать с ДХХ. Для этого нужно сбросить колодку проводов с датчика. После чего проверяется напряжение. Для этого один вывод проводов пускают «на массу», то есть прикладывают к двигателю. Второй провод присоединяют к датчику и замеряют напряжение.

Мультиметр должен выдавать напряжение не менее 12В. Если показатель меньше, то возможно разряжен аккумулятор. После восстановления его заряда возможно и работа двигателя восстановится. Также нужно проверить сопротивление на выводах-оно должно быть равно 53 ОМ. Измерения нужно проводить на парных контактах. Нужно поменять датчик, если сопротивление ниже или выше.

На положение дроссельной заслонки

Этот датчик предназначен для расчета контроллером уровня открытия дроссельной заслонки. Его устанавливает на ось дросселя. При нажатии на педаль акселератора он возвращается вместе с дросселем. По сути это переменный резистор, который в зависимости от угла поворота меняет уровень напряжения, который подается на контроллер.

Проверяется таким образом. Включается зажигание, и замеряется напряжение на выводах датчика. Оно должно колебаться от 0 при стартовом положении, до 12 В при максимальном. Также можно измерить сопротивление, но это не обязательно. Если напряжение отсутствует, или растет нестабильно, то ДПДЗ неисправен, необходимо его изменить.

Датчик на массовый расход воздуха

Этот датчик контролирует и позволяет нормализовать поступление воздуха в топливную смесь. Признаками его неисправности являются следующие проблемы:

• Нестабильные обороты;
• Проблемы с заводом теплого двигателя;
• Снижение мощности.

Проверка этого датчика осуществляется по разному. Самым простым из них является отключение ДМРВ и поездка без него. Если негативные моменты пропали, то скорее всего причина именно в датчике. Также отказ датчика может быть спровоцирован некачественной прошивкой. Для этого под упор заслонки дросселя помещают пластинку толщиной 1 мм, При этом обороты немного должны увеличиться. После снимают фишку с интересующей нас датчика. Если двигатель продолжал работать, причина в «кривой» прошивке.

Также проверка выполняется путем измерения напряжения. Для этого возьмите мультиметр, его следует выставить на максимальное напряжение 2 Ст. Далее замеряется напряжение на выводах. На новом полностью исправном датчике оно должно колебаться в пределах 0,98-1,01 Ст. О неисправности ДМРВ говорит напряжение более 1,05 Ст. В таком случае его следует заменить.

Датчик на рециркуляцию отработавших газов (EGR). Это приспособление отвечает за снижение концентрации азота в продуктах сгорания топлива. Так как он располагается непосредственно в выпускном коллекторе, то также может влиять на обороты. Если его заклинивает в одном положении, то ЭБУ получает сигнал о неверной работе двигателя и начинает пытаться провести регулировку. Вследствие чего обороты и скачут. Обнаружить это проще всего путем диагностики двигателя.

Вывод. Плавающие обороты не редкость, это может происходить по разным причинам. Проверять надо все варианты. Если у вас нет сомнений в работоспособности основных систем автомобиля, то следует задаться вопросом, какой датчик отвечает за обороты двигателя. Вариантов здесь несколько. Для более точного и быстрого поиска причин требуется провести диагностику, но некоторые проблемы можно выявить и без этого.

Полезная информация? Сохраните у себя, чтобы не потерять