Servisní informace a vhodné nástroje vytvářejí potřebné zdroje pro neinvazivní testování snímačů rychlosti/polohy.
Zobrazit galerii obrázků
Obsah, který vám přináší Věk motoru. Chcete-li se přihlásit k odběru, klikněte zde.
Co se naučíte:
• Otáčky hřídele lze určit elektronickým měřením
• Výpočet otáček hřídele umožňuje diagnostiku bez demontáže
• Zkušební techniky lze aplikovat prakticky na všechna vozidla
Když vezmeme v úvahu životnost snímačů rychlosti/polohy v automobilovém průmyslu, musíme si také uvědomit, jak kritické jsou informace, které takové prvky systémů hnacího ústrojí poskytují pro diagnostické účely.
Jako technický instruktor na veřejné vysoké škole obvykle používám různé metody testování více systémů pro svou populaci studentů. Taková rutina poskytuje studentům podobné výsledky bez ohledu na dostupné nástroje, vybavení, materiály a zásoby na jejich budoucím pracovišti (místech) zaměstnání.
Naštěstí mnoho techniků a vývojářů nástrojů vytvořilo strategie, které poskytují jednoduché a přechodné metody pro generování výsledků testů pro objektivizaci mechanických vztahů mezi součástmi motoru.
Dvě z nejběžnějších konstrukcí snímačů otáček motoru jsou proměnlivá neochota a Hallův efekt. V tomto článku uvedu následující:
- Teorie a funkce obou běžných konstrukcí snímačů
- Diagnostické metody, které jsou osvědčenými výhodami obou provedení
- Procedurální informace pro vylepšení vašich diagnostických rutin při konfrontaci se systémy, které spoléhají na snímače rychlosti/polohy
Pro začátek musím popsat hybridní pojem rychlost/poloha. Rychlost promítá měření vzdálenosti dělené časem. Pozice popisuje umístění součásti k referenčnímu bodu. Znalost základního vztahu mezi rychlostí a polohou zvyšuje naši schopnost techniků používat funkce zabudované do technologie běžného digitálního paměťového osciloskopu k vylepšení našich diagnostických metod při řešení problémů s jízdními vlastnostmi, které se opírají o tyto základní principy.
Určení rychlosti a polohy
Senzory s proměnnou reluktancí (také považované za analogové) využívají koncepty magnetismu ke generování hodnot, které promítají zvýšení nebo snížení napětí na základě vztahu k pohyblivým součástem. Tyto senzory používají dva dráty, spoléhají na cívku drátu a uvnitř sestavy senzoru je umístěn permanentní magnet.
Pomocí blízkého reluktorového kola generuje senzor s proměnnou reluktancí blízké a husté magnetické pole, převádí pole na napětí a generuje analogový napěťový výstup později převedený na digitální přijímacím modulem. Takový design také vytváří nutnost sdílet události, které ovlivňují výstup senzoru.
Ve vztahu k reluktančnímu hrotu (zubu) na reluktorovém kole, když se zub přibližuje, vnitřní magnetické pole senzoru s proměnnou reluktancí bude více centralizováno na vinutí (v blízkosti jeho pouzdra), což způsobí pozitivní nárůst napětí výstup snímače (Obrázek 1).
Když se hrot reluktoru vzdaluje od snímacího prvku, dochází k inverzní reakci, která vytváří pokles nebo zápornou odezvu energie soustředěné ve vinutí. Díky této představě snímač vytváří analogový signál, výstup střídavého napětí. Vědomí, že k tomuto vztahu dochází, také vytváří požadavek na pochopení chování takového senzoru na základě rychlosti.
Senzory s proměnnou reluktancí negenerují výstup pouze na základě blízkosti, ale spoléhají na frekvenci v blízkosti rotující součásti pro zvýšení výstupního napětí. S rostoucí rychlostí se zvyšuje výstupní napětí a frekvence. S klesající rychlostí klesá také výstupní napětí a frekvence (Obrázek 2). V důsledku toho je tento styl snímače považován za pasivní.
Další šťastnou myšlenkou související s konstrukcí tohoto senzoru je, že k odvození podmínek lze použít tradiční elektrické hodnoty. Touto hodnotou je konkrétně odpor. Výrobci často poskytují takové hodnoty odporu, aby generovaly nulové specifikace vodivosti součástí (Obrázek 3).
Senzory s Hallovým efektem (ty, které interně převádějí analogové hodnoty na digitální hodnoty) se staly běžnějšími v automobilovém průmyslu. Tyto senzory se spoléhají na podobné interakce mezi statickými a dynamickými součástmi jako senzory s proměnnou reluktancí, ale mají schopnost interně převádět analogové hodnoty na digitální hodnoty. Takový design je výhodný ze dvou hlavních důvodů:
- Senzory nevydávají žádné změny napětí (v závislosti na čase)
- Senzory generují jazyk (digitální), který je již známý přijímacím modulům
Snímač Hallova efektu je vybaven třemi vodiči: napájecí (rozsah až do zdrojového napětí), zemní (protože snímač spotřebovává dodávanou energii) a signál (protože snímač poskytuje interní analogové zesílení a digitální výstup při kolísání koncentrovaný magnetismus).
Návrh Hallova efektu je také jedinečný v tom smyslu, že jeho výrobci neposkytují tradiční body měření pro hodnotu statického odporu. S Hallovým senzorem je v podstatě zacházeno jako s umělou zátěží vyžadující napájení, uzemnění a předem stanovený práh výstupního napětí na základě blízkosti budiče, což nutí polovodičovou elektroniku interně generovat tradiční digitální signál. (Obrázek 4).
Naproti tomu jediný základní vztah, který mají snímače s Hallovým efektem společný se snímači s proměnnou reluktancí, je frekvence. Jak se blízkost k reluktorovému hrotu zvyšuje a snižuje rychleji, frekvence senzoru stoupá při zachování konzistentnosti výstupního napětí.
Tento návrh obvodu je považován za lepší, protože moduly jsou schopny pouze okamžitě rozpoznat digitální vstupy pro data (proto nevyžadují interně žádnou analogově digitální konverzi) k předpovědi rychlosti a/nebo polohy.
Testování funkčnosti senzoru
Nástroje, které lze implementovat pro účely testování, zahrnují digitální multimetr, testovací světlo a osciloskop. Zatímco skenovací nástroje lze také použít k určení schopnosti modulu přijímat a/nebo hlásit změny rychlosti, tato metoda vyžaduje, aby byla data přenesena ze snímače do řídicího modulu a poté hlášena ve zpožděném „živém“ zobrazení na diagnostickém nástroji. výklad. Není to vždy ideální způsob, jak přistupovat k testování na úrovni komponent snímače rychlosti/polohy.
V souvislosti s používáním digitálního multimetru je třeba zvážit rychlost. DMM jsou skvělé pro měření ustálených proměnných, které běžně zahrnují napětí, proud a odpor, ale nejsou ideální pro stanovení rychlého zachycení špiček při detekci amplitudy výstupního signálu komponenty se značnou frekvencí. V případě snímače s proměnnou reluktancí se DMM osvědčuje pro měření statické kontinuity a dynamické spotřeby napětí během provozu v kladných a záporných spojích v obvodu. (Obrázek 5).
V případě snímače Hallova efektu a DMM se ukázalo jako výhodné pro měření energie dodávané do senzoru a energie zbývající (nebo spotřebované) na zemní straně senzoru, ale má omezení v zobrazování frekvence, kterou lze snadno interpretovat pro diagnostické účely.
Pokud odkazujete na servisní informace pro kódy DTC, mnoho výrobců OEM může doporučit použití DMM k posouzení výstupu CKP s Hallovým efektem. Vzhledem k tomu, že možnosti vzorkování DMM jsou omezené, špičkové a dolní napětí nejsou často detekovatelné, a proto zobrazují průměrný výstup.
V motoru Gen 2 LS společnost General Motors specifikuje výstupní napětí signálu mezi rozsahem 4-6 voltů při aktivním měření pomocí DMM, ačkoli skutečný výstupní napětí se přepne z téměř 0 voltů na napětí blízké baterie. (Obrázek 6).
Haakan Light, operátor Shotgun Diagnostics, poskytl kritickou zpětnou vazbu pro vývoj tohoto článku. Přitom naznačil, že pro diagnostické účely lze použít i testovací světlo. Při použití řízené zátěže pro posouzení funkcí obvodu snímače rychlosti/polohy lze odvodit rozsvícení zkušebního světla při kontrole dostupnosti napájení, pulzace signálu a zbývající energie v obvodu lze pomocí tohoto nástroje znázornit. Vše by vyžadovalo další přesné testování, ale použití takového nástroje má své místo v naší diagnostické rutině (Obrázek 7).
V případě použití DSO (Digital Storage Oscilloscope) k posouzení výkonu snímače rychlosti/polohy jsou možnosti téměř neomezené. Pro rychlé zachycení obvykle používám AESwave uScope. Je to jednokanálový DSO s rozsahem +/-40V (celkem 80V), dokáže měřit 10mV až 10V vertikální dělení na 1x sondě, zobrazuje 10uS až 10S na horizontální dělení a má schopnou vzorkovací frekvenci 1Msps. Tento nástroj má také možnosti snímání (úložiště), hustou řadu přednastavených možností pro testování součástí, nastavitelné body měření a vejde se do dlaně. Dokáže zobrazit DC (Direct Current) napěťové vstupy pro tradiční digitalizované snímače rychlosti/polohy (Hallův efekt) a má možnost filtru střídavého napětí pro snímače s proměnnou reluktancí. Celkově je tento DSO schopen měřit, zobrazovat a zaznamenávat data kritická pro diagnostiku snímačů rychlosti/polohy (Obrázek 8).
Pro vylepšené funkce obvykle používám Pico 4425A DSO od AESwave. Tato jednotka má čtyři kanály, využívá sondy Pico BNC+ pro automatickou identifikaci a/nebo potenciální dodávku energie sondy a má uživatelské rozhraní, které se snadno ovládá. Tento nástroj má také vylepšené možnosti, které prozkoumáme, abychom určili mechanické vztahy s daty odvozenými z živých záznamů.
Abych mohl začít testovat jakýkoli snímač rychlosti/polohy pomocí DSO, spoléhám se na diagramy OEM nebo aftermarket, abych umístil snímač a získal přístup k signálu generovanému snímačem.
V případě mého Fordu F-2017 z roku 150 nebyl snímač polohy klikového hřídele snadno přístupný, takže jsem se rozhodl použít PCM jako lokalizační bod pro měření signálu. (Obrázek 9).
Pomocí servisních informací jsem také identifikoval typ snímače jako Hallův jev (protože obsahoval napěťové, zemní a signálové spoje). Servisní informace také poskytly teorii a provoz této jednotky, uvádějící počet zubů reluktorového kola 58 zubů. Pro každou otáčku klikového hřídele se musí zobrazit 58 digitálních impulsů následovaných dvěma prázdnými vysokými sloty senzorového prvku. Aby byl svědkem kompletní čtyřtaktní cyklus, musí k této rotační události dojít dvakrát.
Osciloskop může být také použit (s trochou kreativity) k projekci energetického příspěvku válců na méně známých platformách. Synchronizace této události se sekundárním výstupem zapalování válce 1 a převod frekvence snímače polohy klikového hřídele na zobrazitelný matematický kanál také poskytl široký obraz příspěvku válce.
K referenci válců jsem použil funkci překrytí softwaru TDC2 The Driveability Guys jako indikaci událostí cyklu válců. Použití této metodiky poskytuje jasnou a konzistentní výhodu při lokalizaci událostí vynechávání zapalování válce, které jsou potenciálně nehlášené nebo chybně hlášené (obrázky 10+11).
Zkušební techniky platí i pro dieselové motory
Vzhledem k tomu, že program, ve kterém působím, také udržuje základní certifikát pro naftu, studenti prozkoumali vztahy mezi startovacím proudem a identifikací válců v kabině Volvo Day z roku 2001 vybavené Cummins ISM 330. Tento systém využívá systém proměnné polohy vačkového hřídele (s názvem otáčky motoru), ale zachovává dva vstupní body ze snímačů:
- Jeden pro zobrazení otáček
- Jeden pro funkce ovládání motoru
Vzhledem k tomu, že měření komprese v tomto motoru může vyžadovat až 7.1 hodiny rezervního času kvůli demontáži a instalaci vstřikovače, studenti usoudili, že DSO by mohl poskytnout snímky pro pohodlnější odvození stavu motoru. Za tímto účelem studenti lokalizovali a zpětně sondovali signální vodič snímačů otáček motoru, připojili ampérovou svorku k napájení B+ na masivním startéru pro měření proudu a ručně přivedli zdroj napětí do napájení elektromagnetu startéru.
Zachycení indikovalo 25 pulzů ze snímače otáček motoru za otáčku, přičemž dva pulzy byly blízko sebe. V základním vyšetřování s několika telefonáty dospěli studenti k závěru, že k označení místa komprese válce číslo 1 byly použity kratší pulzy.
Překrytí příkazu k odpálení poskytlo dostatečné informace k závěru, že příspěvek každého válce byl podobný a trvalo méně než 1 sekundu, než se zjistil mechanický stav motoru. (Obrázek 12).
Na závěr jsme prozkoumali základní teorii dvou běžných snímačů rychlosti, metod pro statické testování a pokročilejších dynamických metod, které jsou často kritické v diagnostickém procesu. Máte-li nástroje a vybavení popsané v tomto příspěvku, musím vám doporučit, abyste je používali k co největšímu prospěchu pro diagnostiku problémů souvisejících se snímačem rychlosti/polohy. Různé metody hodnocení mohou poskytnout ubytování bez ohledu na váš inventář.
