Цахилгаан сенсорын янз бүрийн төрлүүд

Хөдөлгүүрийн удирдлагын системд хөдөлгүүрийн дугуйн мэдрэгчийн үүрэг

Орчин үеийн искэрийн системд хөдөлгүүрийн дугуйн байршлын мэдрэгчийн үйл ажиллагаа болон чухал байдал

Хөдөлгүүрийн ажиллагаанд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг цилиндрийн байршлын хяналтын датчик (CPS) нь цилиндрийн хурд ба яг одоогийн байршлыг тодорхойлж байдаг. Энэхүү датчераас ирэх мэдээлэл нь автомашины компьютерт искэрийг үүсгэх цаг, түлшний хэмжээ болон гарган авах хийг зохицуулахад тусалдаг. Миний өнгөрсөн жилийн судалгаагаар харахад CPS-ийн унших үзүүлэлтэнд бага зэрэг доголдол гарвал хөдөлгүүр искэрийг алдаж, түлшний зарцуулалт ихсэж, зарим тохиолдолд түлшний үр дүнтэй ашиглалт 15 хувийн буурч болзошгүй юм. Ихэнх хүмүүсийн мэдэхгүй зүйл бол эдгээр датчерууд зөвхөн хөдөлгүүрийг гладкий ажиллуулахаас илүү, шаардлагагүй үед цилиндрийг хааж, турбоны даралтыг шуурхай тохируулах зэрэг орчин үеийн онцлог шинж чанаруудыг ажиллуулдаг гэдэг юм. Тиймээс орчин үеийн автомашинууд эдгээр датчераас аль болох тусгаарлагдах боломжгүй.

Хөдөлгүүрийн цилиндрийн байршил тодорхойлогч шаталтын цацлага болон искэрийн цаг хугацааг хэрхэн зохицуулах вэ

Пистоны хөдөлгөөнтэй харьцулахад коленвалын байршлыг хянах замаар CPS нь шаталтын цацлагууд болон искэрийн үйл явдлуудыг маш нарийн цаг хугацаанд тохируулах боломжийг ECU-д олгоно:

• Шаталтын цацлагууд нь оруулалтын кран нээгдэхээс хэдхэн миллисекундын өмнө идэвхжинэ
• Искэрийн бөмбөлгүүд шахалтын тактын хамгийн тохиромжтой цэг дээр асацгаана
  Энэ зохицуулалт нь детонацийг саатуулж, хүчний гарцыг хамгийн их болгодог. Дараалсан шаталтын цацлагын системд CPS-ийн нарийвчлал онцгой чухал байдаг - 2°-иас бага алдаа л гэхэд химийн нэгдлийн ялгаралтыг 22%-иар нэмэгдүүлдэг (SAE 2023).

Байршлын тодорхойлогчийн гэмтэл хөдөлгүүрийн ажиллагаа болон диагностикийн хувьд үзүүлэх нөлөө

Хөдөлгүүрийн цилиндрийн байршлын сенсор муудах үед ихэвчлэн эхлүүлэхэд хэцүү, тогтворгүй ажиллах, эсвэл жолоодож байхад ч бүрэн зогсох зэрэг шинж тэмдэг илэрдэг. Ихэнх механикчид сенсорын өөрөө асуудал гарвал ихэвчлэн DTC код P0335-ийг заадаг ч гэхдээ утасны асуудлыг мартаж болохгүй. Өнгөрсөн оны зарим салбарын өгөгдлийн дагуу, тус сенсорын асуудал биш, харин утасны асуудал нь бүх тохиолдлын тавны нэгийг эзэлдэг. Орчин үеийн машинуудын компьютер CPS-аас дохио алдах үед ихэвчлэн үндсэн цаг тохируулгын тохиргоо руу шилждэг бөгөөд энэ нь хөдөлгүүрийн ажиллагааны чанарыг харьцангуй муутай болгох бөгөөд зарим тохиолдолд ажиллагааг бараг хагасаар бууруулдаг. Иймээс туршлагатай техникчид сенсор бүрэн гэмтэхээс өмнө, ялангуяа 100 мянган миль зам туулах үед солихыг зөвлөдөг. Энэ нь хугацаа өнгөрөх тутам мөнгө хэмнэх боломжийг олгодог учир нь хөдөлгүүр зөв ажиллахгүй үед гэмтдэг катальтикийн конвертер, хүчилтөрөгчийн сенсор зэрэг гар устгалын системийн бусад үнэтэй хэсгүүдэд гарах үнэтэй засварыг урьдчилан сэргийлдэг.

Хөдөлгүүрийн дугуйн байршлын сенсорын үндсэн төрлүүд (ажиллах зарчмаар)

Соронзон индукцийн (хувьсах эсэргүүцлийн) сенсорууд ба цахилгаан индукцийн ажиллагаа

Соронзон индукцийн сенсорууд нь хөдөлгүүрийн дугуй хөдөлж байгааг мэдрэхийн тулд цахилгаан соронзон индукцийн зарчмыг ашигладаг. Шүдтэй дугуй сенсорын катушкин болон соронзны ойролцоо эргэх үед соронзон орны өөрчлөлтөөс АC хүчдэл үүсч, энэ нь хөдөлгүүрийн эргэлтийн хурдтай хамт өсөж буурдаг. Эдгээр сенсорын сайн тал нь гадны цахилгаан эх үүсвэрийг шаарддаггүй тул илүү энгийн хөдөлгүүрт мөнгө хэмнэхэд тусалдаг. Гэсэн хэдий ч, минутанд ойролцоогоор 100 эргэлтээс доош хурдтай үед сигнал суларч, найдвартай бус болдог тул маш удаан хурдтай үед нарийн хэмжилт шаардагдах нөхцөлд тохиромжгүй.

Аналог хөдөлгүүрийн дугуйн сенсорууд ба AC гаралтын сигналын зан төлөв

Хуучин хэвийн аналог цахилгааны дугуйлтын сенсорууд нь хөдөлгүүр хичнээн хурдаар эргэж байгаас шалтгаалан өөрчлөгддөг классик синусолидийн цахилгаан дохиог үүсгэдэг. Машинны компьютер эдгээр дохионы өсөлт, буурлыг уншиж, поршенийн байрлалыг тодорхойлоод түлш тарих болон искэрийг цэнэглэх цагийг мэдэрдэг. Эдгээр сенсорууд хөдөлгүүр ердийн эсвэл өндөр хурдтай ажиллах үед сайн ажилладаг ч гэсэн машин зогсолттой байх эсвэл хурдсах үед асуудал гардаг. 2022 оны Үйлдвэрлэлийн Сенсорын Хорооны тайлангийн мэдээллээр ингэж зааж байсан. Ойролцоогоор 800 эрг/мин-д эдгээр аналог төрлийн сенсорууд цифрийн хариулттайгаасаа харьцуулахад цаг хугацааны хувьд ойролцоогоор ±1.5 градусаар зөрүүтэй байдаг. Энэ их зүйл биш шиг санагдаж болох ч хөдөлгүүрийн хувьд энэ нь бодитоор ялгааг үзүүлдэг.

Цахилгаан импульс дамжуулах Цахилгаан Соронзон (Холлын) Дугуйлтын Сенсор

Халлын эффекттэй датчикууд нь соронзон орны өөрчлөлт үед квадрат долгионтой тоон дохио үүсгэхийн тулд хагас дамжуулагч технологийг ашигладаг. Эдгээр гурван утстай төхөөрөмжүүд жижиг хөдөлгөөнтэй байх үед ч сайн байрлалын мэдээлэл өгч чаддаг тул өнөөдрийн машинуудад байдаг старт-стоп функцийг дэмждэг бөгөөд хүйтэн цаг агаарт ч итгэлтэй ажиллах боломжийг олгодог. Тэдгээрээр үүсгэсэн тоон дохио нөхцөл байдал ямар ч байсан цаг тутамд 0.25 градусын нарийцтай байршлыг хадгалж байдаг. 2023 оноос хойш гарсан автомашинуудын 10-ийн 7-оос илүү загвар нь бусад хувилбартай харьцуулахад илүү сайн ажилладаг, удаан хугацаагаар үйлчилдэг учраас эдгээр датчикуудад шивших бөгөөд хөдөлгүүрийн хувьсгалтын байршлыг тодорхойлоход тулгуурладаг.

Тусгай зориулалтын хөдөлгүүрийн хэрэглээнд фотоцахилгаан ба оптик датчийн ашиглалт

Оптик сенсорууд нь кранквалын эргэлтийг гэрлийг хаалт хэрхэн бөглөж байгаагаар тодорхойлохын тулд LED болон цоорхойтой дугуйн байгууламжийг ашигладаг. Эдгээр нь ихэвчлэн бохир, чийгийн нөлөөнд муу тэсвэртэй тул ердийн шаталт хөдөлгүүрт ховор тохиолддог. Гэсэн хэдий ч усны машин эсвэл уралдааны машин зэрэг цэвэр, хуурай орчинд ашиглахад оптик сенсорууд маш нарийн нарийвчлалтай байдаг бөгөөд жинхэнэ байрлалын 0.1 градусын нарийвчлалд хүрч болно. Гэхдээ бусад төрлийнхөөс илүү анхаарал шаарддаг. Хэвийн хэмжээнээс дээш ачаалалтай машины хувьд клапнуудыг цохилтын цагт яг зөв нээх нь чадал ба найдвартай байдлыг хангахад чухал учраас ихэнх хөдөлгүүрийн барилгачид үүнийг л ашигладаг.

Аналог болон Дижитал Кранквалын Сенсорууд: Ажиллагааны харьцуулалт ба Найдвартай байдал

Аналог болон Дижитал Кранквалын Сенсоруудын дохио гаралт, нарийвчлалын зөрүү

Уламжлалт аналогийн сенсорууд тайван байх үед ойролцоогоор 3 вольт, илүү өндөр хөдөлгүүрийн эргэлтийн тоо дээр ойролцоогоор 50 вольтын хооронд хувьсах AC хүчдэл үүсгэдэг. Харин Холлын эффекттэй сенсорууд эргэлтийн хурднаас үл хамааран 5 вольт эсвэл 12 вольтын тогтмол квадрат долгионтой тогтмол гүйдлийн дохио гаргадаг. Байршил нарийвчлалыг авч үзвэл, 2023 оны SAE-ийн саяхны судалгаагаар зааснаар, дижитал сенсорууд нь зөвхөн ±0.2 градусын нарийвчлалтай ажилладаг тул маш илүү сайн үзүүлэлттэй байдаг. Энэ нь ихэвчлэн ±1.5 градусын хооронд хэлбэлзэх аналог сенсоруудынхаа ард тэтгэвэл маш илүү давуу талтай юм. Энэ нарийвчлалын давуу талаас шалтгаалан дижитал сенсорууд цаг хугацааны нарийвчлал чухал үед, ялангуяа хөдөлгүүр удаан эргэх үед (ойролцоогоор минутанд 1500 эргэлтөөс бага) илүү сайн ажилладаг.

Холлын эффекттэй сенсорын нарийвчлалтай цаг хугацаа хэмжихэд индукцийн төрлийн сенсоруудаас давуу тал

Хөдөлгүүр бүрэн зогтсон байх үед ч Холлын сенсорууд нь тогтмол дохио өгдөг тул машинууд хамаагүй хурдан, нарийвчлалтай эхэлж чаддаг. Энэ нь заримдаа зөвхөн 0.1 миллисекундын нарийвчлал шаарддаг турбожин двигателийн хувьд маш чухал. Бид энэ сенсорыг динамометр дээр шалгаж үзэхэд Холлын сенсор бүхий тээврийн хэрэгслүүд хуучин индукцийн сенсор ашигладаг тээврийн хэрэгслээс 30 хувийн хурдаар илүү хурдан хүйтэн эхлүүлэлт хийж чадсан. Нөгөө нэг том давуу тал бол маш бага хурдтай үед ч хүчирхэг дохио өгч чаддэг явдал юм. Энэ нь жолоочид хотын нийтийн тээврийн урсгалд өдөр бүр тулгардаг олон дахин зогсох-явдаг нөхцөл байдлуудад илүү сайн ажиллах боломжийг олгодог.

Бага хөдөлгүүрийн хурдны үед AC гаралтын сенсорын хязгаарлалтууд

800 RPM-ийн доор аналог сенсорууд гурван гол дутагдалд тулгардаг:

• Дохионы далайц ECU-ийн илрүүлэх түвшингээс доош унах магадлалтай (<2V)
• Фазын искэлдэл 12-18% нэмэгддэг (SAE Technical Paper 2021-01-0479)
• Цахилгаан соронзон саатлын нөлөөллийн өртөмж цифрийн системүүдтэй харьцуулахад 40% нэмэгддэг
  Эдгээр хязгаарлалтууд нь удаан хугацаагаар ачаагүй ажилласан үед дизель хөдөлгүүрт дахин тохируулгыг шаарддаг бөгөөд найдвартай байдлыг урт хугацаанд бууруулдаг.

Хэт элбэг гадаргуугийн нөхцөлд дижитал болон аналог крэнкафтел сенсорын найдвартай байдал

Холлын эффекттэй сенсорууд -40 градусаас эхлээд 150 градус Цельсийн хооронд (өөрөөр хэлбэл -40-302 Фаренгейт) температурын хувьд маш сайн ажилладаг. Эдгээр нь хуучин индукцийн сенсоруудтай харьцулахад дулааны тал байдалд ойролцоогоор 35 хувийн давуу талтай. Мөчлөгийн туршилтын үр дүнг харвал, тоон хувилбарууд элэгдэл үзүүлэхээс өмнө ойролцоогоор 200 мянган дулааны мөчлөгийг тэсвэрлэж чаддаг. Энэ нь аналог хувилбараасаа бараг хоёр хагас дахин илүү. Гэсэн хэдий ч их хэмжээний хөдөлгөөнтэй, тасралтгүй чичирхийлэлттэй нөхцөлд инженерчлэлийн ихэнх хүмүүс индукцийн сенсорыг л ашигладаг. Жишээ нь далайн хөдөлгүүрүүдийг авч үзье, ялангуяа 500 Гц-ээс дээш давтамжид чичирхийлж буй хөдөлгүүрүүдийг. Индукцийн загваруудад ийм давуу тал байдаг нь тэдгээр нь чичирхийлэлтийн үед гэмтэх боломжтой мэдрэг хагас дамжуулагч элементгүй, биет төлөвт төхөөрөмжүүдээр бүтээгдсэн байдаг.

Хувьсах саарал (индукцийн) дугуйлганы хөдөлгүүрийн датчийн технологийн нарийвчилсан судалгаа

Шүдтэй релукторын дугуйнуудыг ашиглан цахилгаан соронзон индукцоор хүчдэл үүсгэх нь

Эдгээр хувьсах саарлын датчууд Фарадей-ийн цахилгаан соронзон индукцийн зарчим дээр үндэслэн ажилладаг. Ихэнх хөдөлгүүрүүдийн дотор тогтмол соронз болон ороомог нь цахилгаан генераторын зүүнтэй холбоотой байдаг. Эдгээр шүднүүд өнгөрөх үедээ хоёр элементийн хоорондох зайг өөрчлөн соронзон орныг өөрчилдөг бөгөөд ингэснээр ороомогт жижиг хүчдэлийн салаа үүсдэг. Үүний үр дүнд бид эмх замбараагүй гүйдэл гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь дугуйлганы байрлал, эргэлтийн хурдыг яг юу болохыг зааж өгдөг. Энэ мэдээлэл нь ignition timing-ийг тохируулахдаа двигатель удирдлагын блокт маш чухал байдаг бөгөөд ялангуяа аналог системийг ашигладаг, цифров системд шилжээгүй хуучин машинуудад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Индукцийн дугуйлганы хурд хамааран өөрчлөгдөх сигналын онцлог

Индукцийн сенсорын гаралт нь хөдөлгүүр хурдсах тутам ихэсдэг. ХХХ-ийн хурданд бид ерөнхийд ойролцоогоор 0.3 вольтын AC-г үздэг, гэхдээ 6000 эрг/мин-д хүчтэй ажиллах үед эдгээр сенсорууд хамгийн ихдээ 4.8 вольтын AC үйлдвэрлэж чаддаг. Гэхдээ 100 эрг/мин-ээс доош хурдтай үед зүйлс хэцүү болдог, учир нь сигнал маш сул болдог. Энэ нь цаг тооцох өгөгдлийг найдвартай бус болгодог тул ихэнх механикууд доогуур хурдны хэрэглээнд цифрийн сенсор руу шилжихийг хичээдэг. Агаарын зайг зөв тохируулах нь мөн их чухал. Ихэнх үйлдвэрлэгчид үүнийг 0.5-1.5 мм-ийн хооронд байлгахыг зөвлөдөг. Хэрэв зай зөв байрладаггүй бол сигналын чанар муудаж, хөдөлгүүр искэрийг алдах болно. Одоогийн үеийн сенсорын загварууд одоо янз бүрийн эргэлтийн хурдны мужид гладкийн ажиллагааг хангахын тулд дасан зохицох заагийн хэлхээг агуулсан болно. 2022 оны SAE-ийн өгөгдлийн дагуу, одоогоор олон нийтийн 10-ийн 9 нь энэ технологийг ашиглаж байна.