Erinevad kurvarattasensordi tüübid

Kurvitsaanduri roll mootorijuhtimissüsteemides

Kurvitsa asendisensori funktsioon ja tähtsus kaasaegsetes süütesüsteemides

Kurvarattase asendisensor, mida sageli lühendatakse CPS-iks, mängib väga olulist rolli mootorite töös. See jälgib, kui kiiresti kurvaratas pöörleb ja kus täpselt see hetkel asub. Selle sensori andmed aitavad auto arvutil kindlaks teha, millal süüdata süütikud, kui palju kütust sisse spritsida ning kuidas hallata väljapääsetorusse minuvat. Isegi väikesed probleemid CPS-i lugemitega võivad põhjustada mootori tühisüütamist või tekitada olukorra, kus auto pigem kütust neelab kui efektiivselt töötab, mõnel juhul langenud kütusekulu kuni 15 protsenti, nagu näitasid mõned eelmise aasta uuringud. Mida enamik inimesi ei tea, on see, et need sensorid teevad veelgi rohkem kui lihtsalt tagavad sujuva töö. Tegelikult võimaldavad nad funktsioone, millest me tänapäeval loomulikult lähtume, näiteks silindrite seiskamise vajaduse korral või turborõhu kohendamise lendu. Seetõttu ei töötaks kaasaegsed sõidukid õigesti nende sensorita.

Kuidas käigukorvikuandur sünkroonib kütuse sisselaskmise ja süüteaja

Jälgides käigukorvi asendit suhtes pistoni liikumisega, võimaldab CPS ECU-l sünkroonida kütuse sisselaskmise ja süüte hetked väga täpselt:

• Sisselaskeklappide avanemise millisekundid enne aktiveeritakse manetid
• Süüteküünla läheb kompressioonitsükli optimaalses punktis tööle
  See sünkroonimine takistab detoneerimist ja maksimeerib võimsusväljundi. Faasijärgnevatel sisselaskesüsteemidel on CPS täpsus eriti oluline – ajastusvigu vaid 2° võivad tõsta süsivesinike heitmeid 22% (SAE 2023).

Anduri valemi mõju mootori jõudlusele ja diagnostikale

Kui kurbvõlli asendisensor läheb rikki, ilmnevad sõidukitel tavaliselt sümptomid, nagu keerulused käivitamisel, ebakindel tühikäik või isegi täielik seiskumine sõidu ajal. Enamik mehaanikuid osutab sensori enda vea korral DTC-koodile P0335, kuid ärge unustage ka juhtmete probleeme. Mõne eelmise aasta andmete kohaselt osutub viiest juhtumist umbes üks tegelikult olevat seotud juhtmega, mitte rikkisensoriga. Kaasaegsete autode arvuti vaikeväärtusena kasutab tavaliselt põhitimingu seadet siis, kui CPS-signaal kadub, ja see võib märkimisväärselt halvendada mootori tööd, vähendades jõudlust mõnikord peaaegu poole võrra. Seetõttu soovitavad kogenud tehnikud neid sensoreid vahetada enne nende täielikku rikkumist, eriti umbes 100 000 miili piirkonnas. See säästab pikas perspektiivis raha, kuna takistab kallite remontide vajadust väljapurrustussüsteemi edaspidiste osade puhul, sealhulgas kallis katalüsaatorite ja hapnikusensorite puhul, mis sageli kahjustuvad, kui mootor ei töö õigesti.

Kurvarattasensordi põhitüübid toimimise põhimõtte järgi

Magnetinduktsioonilised (muutuva takistusega) andurid ja elektromagnetiline induktsioonitöö

Magnetinduktsioonilised andurid töötavad elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel, et tuvastada kurvaratta liikumist. Kui hambuline rull liigub anduri pooli ja magnetseadme lähedal, tekitab muutuv magnetväli vahelduvpinge, mis suureneb ja väheneb vastavalt mootori pöörlemissagedusele. Nende andurite eelis on see, et neil ei ole vaja välist toiteallikat, mis säästab raha lihtsamate mootorite puhul, kus eelkõige oluline on eelarve. Kuid siin on üks aga: kiirustel alla umbes 100 pöörde minuti kohta muutub signaal väga nõrgaks ja usaldusväärmatuks, mistõttu need ei sobi olukordadele, kus on vaja täpseid mõõtmisi väga madalatel kiirustel.

Analoogsed kurvarattasensorid ja vahelduvpinge väljundsignaali käitumine

Vanade kooli analoogsed kurbvõllisensorid genereerivad need klassikalised siinuslained, mis muutuvad vastavalt mootori pöördekiirusele. Autokompuuter loeb neid kõikumisi, et kindlaks teha, kus iga pistik asub, nii et see teaks, millal kütust sisse spritsida ja süttida. Need andurid toimivad suhteliselt hästi, kui mootor töötab normaalsetel või kõrgematel pööretel, kuid probleemid ilmnevad tühikäigul või kiirel kiirendamisel. Automobiilisensorite instituudi 2022. aasta aruanne näitas ka midagi huvitavat nende kohta. Umbes 800 pöörde juures võivad need analoogtüübilised andurid olla ajastuses umbes pluss miinus 1,5 kraadi eemal digitaalsetest vastedest. See ei tundu palju, kuid mootori mõistes teeb see tegelikult suure erinevuse.

Hall’i efekti kurbvõllisensorid digitaalse signaaliedastusega

Hall’ efekti andurid töötavad pooljuhttehnoloogia abil, genereerides ruutlaine digitaalse signaali siis, kui nende ümber muutuvad magnetväljad. Need kolmejuhtmelised seadmed suudavad täpselt määrata asendit isegi siis, kui liikumist ei toimu, mis aitab kaasa tänapäeva autode start-stop-funktsioonidele ja tagab usaldusväärse käivitumise ka külmas ilmas. Nende loodetud digitaalne signaal hoiab ajastuse peaaegu täpselt õigel tasemel – umbes veerand kraadi piires – olenemata töötingimustest. Üle 70 protsendi 2023. aastal valmistatud uutest automudelitest kasutab neid andureid sirgkäigu telje asendi kindlakstegemiseks, sest need töötavad palju paremini ja kestavad kauem kui muud saadaolevad variandid.

Fotoelektriliste ja optiliste andurite kasutamine spetsialiseeritud mootorirakendustes

Optilised andurid töötavad LED-i ja piluga ratta paigalduse abil, et tuvastada, kas kolvkäik pöörleb, lähtudes sellest, kuidas valgus blokeeritakse. Neid ei leita tavaliselt tavapärastes sisepõlemismootorites, kuna need saastuvad ja niiskenevad suhteliselt kergesti. Kuid olukordades, kus on puhas ja kuiv, näiteks võiduautodes või paatides, võivad optilised andurid olla väga täpsed, mõnikord jõudes tegeliku asendiga kokku vaid 0,1 kraadi piires. Siiski nõuavad nad rohkem hooldust teiste tüüpidega võrreldes. Samas jäävad paljud mootorihooldajad neile siiski kõrgeima taseme jõudlusega masinates, kus ventiilide avamine täpselt õigel hetkel on väga oluline nii võimsuse kui ka usaldusväärsuse seisukohalt.

Anaaloog- vs. digitaalsed kolvkäe andurid: jõudluse ja usaldusväärsuse võrdlus

Signaaliväljundi erinevused ja täpsus anaaloogsete ja digitaalsete kolvkäe andurite vahel

Tänapäevased analoogsensorid loovad erinevaid vahelduvpingeid, mis ulatuvad umbes 3 voltini seistes kuni ligi 50 voltni kõrgematel mootorikiirustel. Samas tekitavad Halli efekti sensorid kindlaid ruutlaine alalisvoolu signaale, mis on kas 5 või 12 volti, olenemata sellest, kui kiiresti asjad pöörlevad. Kui vaadata positsioonitäpsust, siis digitaalsensorid tõeliselt silma paistavad – vastavalt hiljutisele SAE 2023. aasta uuringule on nende täpsus pluss miinus vaid 0,2 kraadi. See on palju parem kui analoogsensorite jõudlus, mille puhul hälve on tavaliselt pluss miinus 1,5 kraadi ringis. Selle täpsuse eelise tõttu sobivad digitaalsensorid palju paremini olukordades, kus täpne ajastus on kõige olulisem, eriti siis, kui mootorid töötavad aeglaselt alla ligikaudu 1500 pöörde minuti kohta.

Halli efekti sensorite eelised induktiivsete sensorite ees täpse ajastuse tagamisel

Halle efekti andurid annavad järjepidevaid signaale isegi siis, kui mootor on täiesti seistes, mis tähendab, et sõidukid saavad käivituda palju kiiremini ja täpsemalt. See on eriti oluline turbomootorite puhul, kus ajastus peab olema täpselt õige, mõnikord vaid 0,1 millisekundi piires. Meie dünaamomeetritest tehtud testides suutsid Halle efekti anduritega varustatud sõidukid käivituda külma käivituse korral ligikaudu 30 protsenti kiiremini võrreldes vanema induktiivanduritega sõidukitega. Teine suur pluss on nende võime säilitada tugevaid signaale väga madalatel kiirustel. See muudab neid paremini toimivaks igapäevaste linnaliikluse seiskumiste ja liikumisega seotud olukordades.

AC väljundandurite piirangud madalatel mootorikiirustel

Alla 800 pöörde minuti kohta esineb analooganduritel kolm peamist probleemi:

• Signaali amplituud võib langeda allolevale ECU tuvastuslävele (<2 V)
• Faasikihutus suureneb 12–18% (SAE Technical Paper 2021-01-0479)
• Elektromagnetilise segatuse ohu suurenemine 40% võrreldes digitaalsete süsteemidega
  Need sellised piirangud nõuavad pika seismise ajaga töötavate tööstusliku diiselmootorite ümberkalibreerimist, vähendades pikaajalist usaldusväärsust.

Digitaalsete ja analoogiliste kurbvõllide andurite usaldusväärsus äärmuslikes tingimustes

Hall’ efekti andurid töötavad hästi temperatuurivahemikus miinus 40 kraadist kuni 150 kraadini Celsiuse järgi (see on umbes -40 kuni 302 Fahrenheiti järgi). Need hõlmavad ligikaudu 35 protsenti suuremat temperatuuriala võrreldes vanamoodsete induktiivsete anduritega. Kui vaadata tsüklielu katsetulemusi, siis digitaalversioonid suudavad vastu pidada ligikaudu 200 tuhandele termilisele tsüklile enne kulumise märkide ilmnemist. See teeb neist analoogsetest vennadest peaaegu kaks ja pool korda paremad. Siiski jäävad paljud insenerid kasutama induktiivseid andureid eriti rasketes tingimustes, kus toimub pidev värisemine. Mõelge näiteks meremootoritele, eriti nendele, mis värisavad sagedusel üle 500 Hz. Neile induktiivsetele mudelitele annab eelise asjaolu, et need on paigaldusseadmed ilma tundlike pooljuhtkomponentideta, mis võivad intensiivse värisemise käigus kahjustuda.

Põhjalik ülevaade muutliku takistuse (induktiivse) küljekurvi anduritehnoloogiast

Kuidas elektromagnetiline induktsioon tekitab pingeid hammastega reluctorratades

Need muutliku takistuse andurid töötavad Faraday elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel. Enamikus mootorites on tavaliselt paigaldatud püsimagnet ja pool, mis koostöös küljekurviga ühendatud erilise hammastega rattaiga. Kui need hambad liiguvad mööda, mõjutavad nad magnetvälja, muutes komponentide vahelist vahet, mis omakorda tekitab poolis väikeseid pingelaineid. Tulemuseks on vahelduvvoolusignaal, mis näitab täpselt, kus küljekurv asub ja kui kiiresti ta pöörleb. See informatsioon on mootorijuhtimisüksuse jaoks oluline süütekäigu ajastamisel, eriti vanemates autodes, mis kasutavad endiselt analoogseid süsteeme digitaalsete asemel.

Induktiivsete küljekurvi andurite kiirusest sõltuvad signaalide omadused

Induktiivsete andurite väljund suureneb, kui mootor pöörleb kiiremini. Tühikäigul on meil tavaliselt umbes 0,3 volti vahelduvvoolu, kuid raske pöördel 6000 pöörde korral võivad need andurid toota kuni 4,8 volti vahelduvvoolu. Allapoole 100 pöörde saab aga asjad keeruliseks, sest signaal muutub seal väga nõrgaks. See teeb ajastamisandmed usaldusväärseks, mistõttu paljud mehaanikud vahetavad madalate kiiruste rakendustel digitaalsetele anduritele. Õhulõhe õigsusest hoidmine on samuti väga oluline. Enamik tootjaid soovitab hoida seda vahemikus 0,5–1,5 millimeetrit. Kui vaheline ei ole täpselt õige, siis signaali kvaliteet langeb ja mootoritel hakkavad tekkinema sütted. Moodsad anduri disainid sisaldavad nüüd kohanduvaid läveahelaid, mis hoiavad tööd stabiilseks erinevates pöördluguudes. SAE 2022. aasta andmete kohaselt kasutab tänapäeval seda tehnoloogiat umbes 9 ​​või 10 sisepõlemismootorist.