KURZUS: Közlekedésbiztonsági és környezetvédelmi diagnosztika

MODUL: Előadások

5. hét: Érzékelők, beavatkozók és diagnosztikájuk

| A lecke célja: A járművekben alkalmazott érzékelők és beavatkozók diagnosztikai lehetőségeinek megismerése.
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
motormenedzsment érzékelők, beavatkozók
Motormenedzsment rendszerek
1. ábra
A korszerű gépjármű összetett mechatronikai rendszer, szabályozott rendszerek összessége. Az 1. ábra ezek közül a legfontosabbakat tekinti át.
A szabályozott irányítástechnikai körök általános működési sémáját a 2. ábra szemlélteti.
A jeladók, érzékelők, szenzorok bementi jeleit az irányítóegység dolgozza fel és használja fel a beavatkozók működtetéséhez.
Irányított rendszerek működése
2. ábra
Az érzékelők az esetek többségében nem villamos mennyiségeket alakítanak át villamos mennyiségekké, pl. feszültségszintté.
Az érzékelőket csoportosítva megkülönböztetünk aktív és passzív érzékelőket.

| Definíció: Aktív érzékelő: az aktív érzékelők olyan szenzorok, amelyekbe erősítő és jelformáló elemeket is integráltak és tápfeszültséggel működnek. Az érzékelő jele, az integrált elektronikának köszönhetően, négyszögjel. Passzív érzékelő: a passzív érzékelők olyan szenzorok, amelyek csak passzív elemeket (tekercs, ellenállás, kondenzátor) tartalmaznak. Az érzékelő jele az esetek többségében analóg feszültség.

| Indukciós érzékelők
Az indukciós érzékelőket (3. ábra) általában két feladatra alkalmazzák:
1. Mozgásérzékelés: pl. forgattyústengely-fordulatszám
2. Helyzetérzékelés: pl. forgattyústengely-szöghelyzet
Indukciós érzékelő
3. ábra
Érzékelési elve tömören a következő: indukált feszültséget állítanak elő a mágneses fluxus időbeli változása segítségével. Pl. az indítómotor fogaskerék.
Indukciós jeladó jelalakja
4. ábra
Koszorú fogait felhasználva, foganként kapunk egy impulzust (4. ábra).
Az alkalmazás elv a járműtechnikában alapvetően kétféle lehet:
az indukciós feszültség közvetlen kiértékelése, az induktív érzékelő feszültségjele előre beállított referencia-feszültségre hat.
A lehetséges jelformákat az 1. táblázat tekinti át.
1. táblázat
Hall-jeladó
A Hall-jeladókat (5. ábra) általában két feladatra alkalmazzák:
1. Fordulatszám meghatározás: pl. sebesség-jeladó
2. Helyzetérzékelés: pl. gyújtási időpont
Érzékelési elv: A Hall-IC lényeges eleme a szilícium kristály. Ha ezt mágneses hatás éri, akkor a kristályon feszültség keletkezik, így a jeladó kimenetén feszültségváltozás jön létre. Ez mV nagyságrendű, a Hall-IC erősíti fel és alakítja négyszögjellé.
A 6. ábra gyújtáselosztóba épített Hall-jeladó jelalakját szemlélteti.
Hall-jeladó
5. ábra
A Hall-jeladó jelalakja
6. ábra
Hőmérséklet érzékelő
A hőmérséklet jeladók elektronikus úton történő ellenállás-változás (NTC vagy PTC) útján mérik a hőmérsékletet.

| Definíció NTC = Negativer Temperatur Coeffizient, azaz negatív hőmérséklet együttható PTC = Positiver Temperatur Coeffizient, azaz pozitív hőmérséklet együttható

Hőmérséklet-érzékelő
7. ábra
Erre a célra többnyire NTC ellenállásokat alkalmaznak.
A jeladók a mindenkori hőmérsékletnek megfelelő ellenállás értéket feszültség-jel formájában adják tovább az irányítóegységnek.
Az irányítóegység számos olyan rendszert irányít, amelynek működéshez hőmérséklet-jelre van szükség (9. ábra).
Ilyenek például:
Motor hűtőfolyadék-hőmérséklet érzékelő: ECT - Engine Coolant Temperature, Szívólevegő-hőmérséklet érzékelő: IAT - Intake Air Temperature, Kipufogógáz-visszavezetés hőmérséklet érzékelője: EGR Tempereture Sensor
Hőmérsékletérzékelő (NTC) karaktersiztikája
8. ábra
Hőmérséklet érzékelő fajták
9. ábra
Hőmérsékletérzékelők fajtái
Motor hűtőfolyadék-hőmérséklet érzékelő (ECT)
A hűtőfolyadék-hőmérséklet jel segítségével a motor-irányítóegység ismeri a motor átlaghőmérsékletét. Az ECT általában közvetlenül a termosztát elé van beépítve.
Az ECT az alábbiakra van hatással:
tüzelőanyag-befecskendezés, gyújtási időpont, Változtatható szelepvezérlés, stb.
Motor hűtőfolyadék-hőmérséklet érzékelő áramköre
10. ábra
Szívólevegő-hőmérséklet érzékelő (IAT)
Az IAT méri a motorba jutó levegő hőmérsékletét. A MAP (Manifold Air Pressure) -szenzorral és a MAF (Mass Air Flow) szenzorral felszerelt járművek esetén az IAT általában a szenzor része.
A hidegindítási állapotot az ECM az ECT és az IAT jelek összehasonlítása révén azonosítja. Ha ezek értéke 8 °C-nál kisebb mértékben tér el egymástól, akkor hidegindításról beszélünk.
Szívólevegő-hőmérséklet érzékelő áramköre
11 ábra
EGR-hőmérséklet érzékelő
Az EGR-hőmérséklet érzékelő az EGR-csatornába van beépítve és a kipufogógázok hőmérsékletét méri.
Ha az EGR-szelep nyitva van, a hőmérséklet nő. Az ECM ennek alapján szerez tudomást arról, hogy az EGR-szelep nyitva van és a kipufogó ázok áramlanak a csatornában.
A hőmérséklet növekedésével csökken az érzékelő ellenállása. A diagram felső tartományában az ellenállás változása rendkívül kicsi.
EGR-hőmérséklet-érzékelő áramköre
12. ábra
Hőmérsékletérzékelők diagnosztikája
Ezek a szenzorok ugyan különböző mennyiségeket mérnek, de működésük azonos. A mért hőmérséklet növekedésével az érzékelők ellenállása csökken. Ez együtt jár a jelfeszültség csökkenésével. A hőmérséklet érzékelő állandó ellenálláshoz van kötve, és az irányítóegység 5 V tápfeszültséget ad rá. Az irányítóegység a fix ellenállás és a szenzor-ellenállás közötti feszültség-változást méri.
A hőmérséklet-érzékelők diagnosztikája:
A hőmérséklet-érzékelőket az alábbi esetekre vizsgáljuk:
a) | Szakadás (nagy ellenállás, a "lehető leghidegebb hőmérséklet érték" kijelzése),
b) | Rövidzárlat (kis ellenállás, a "lehető legmelegebb hőmérséklet érték" kijelzése),
c) | Feszültség-érték,
d) | Szenzor-ellenállás.
a) Szakadás-vizsgálat
Kössünk az áramkörbe rövidrezáró vezetéket. Ha a diagnosztikai teszter által kijelzett hőmérséklet megemelkedik, akkor az ECM áramköre jó és a hiba a szenzorban vagy annak csatlakozójában van.
Ha a hőmérséklet érték nem nő meg, akkor az áramkör vagy az ECM a hibás.
Ha a rövidrezáró vezetéket (13. ábra) az ECM megfelelő lábaira kötjük, akkor az áramkör és az ECM hibája választható ketté: ha ilyenkor a hőmérséklet emelkedik, akkor az áramkörben van a hiba, ellenkező esetben pedig az ECM-ben.
Szakadás-vizsgálat rövidrezáró vezetékkel
13. ábra
b) Rövidzár-vizsgálat
Rövidzár-vizsgálat
14. ábra
Húzzuk le a csatlakozót az ECM-ről. A műszernek alacsony hőmérsékletet kell mutatnia. Ha ez így van akkor az áramkör vagy a csatlakozó a hibás. Ellenkező esetben viszont az ECM.
Ha az ECM-ről húzzuk le a csatlakozót, akkor a műszernek ugyancsak alacsony hőmérsékletet kell mutatnia. Ha ez így van, akkor a szenzor a hibás, ha nem, akkor az áramkör.
Érzékelő-ellenállás mérése
15.ábra
c) Ellenállás-mérés: érzékelő-karakterisztika meghatározása
A hőmérséklet érzékelő jelleggörbéje fűtött és mért hőmérsékletű vízbe merítéssel és az ellenállás mérésével végezhető el.
Nyomás érzékelő
A nyomásérzékelők abszolút vagy relatív nyomást mérnek piezo-elektromos szenzorok segítségével. A járműtechnikában több helyen alkalmazzák őket. Ezek a nyomóerő hatására hoznak létre elektromos feszültséget. A motortechnikában kopogás-és nyomás-érzékelésre használják őket (16. ábra).
MAP-szenzor
16. ábra
MAP-szenzor feszültségjele
17. ábra
MAP-szenzor feszültségjelének frekvenciája a szívócsőnyomástól függően változik. A kitöltési tényező 50% (pl. Ford).
Nyomás-érzékelők működési elve azonos csak a beépítési hely és a mért nyomás tér el.
A MAP-szenzorban a szilikon chip referencia kamra belsejébe van beépítve (19. ábra). A chip egyik oldalán a referencia nyomás hat, amely vagy teljes vákuum vagy kalibrált nyomás, alkalmazási területtől függően. A másik oldalon hat a mérendő nyomás (20. ábra). A nyomáskülönbség hatására változik a szilikon chip ellenállása.
A szívócsőnyomás a motor-terhelés függvényében változik.
A MAP-szenzor vagy közvetlenül a szívócsövön vagy a homlokfalon helyezkedik el.
A nyomásérzékelők felépítése és működése
Nyomásérzékelők alkalmazási területei
18. ábra
A MAP-szenzor elvi felépítése
19. ábra
A MAP-szenzor felépítése
20. ábra
A MAP-szenzor feszültség jellé alakítja a szívócső-nyomás értékét. Ha a szívócsőnyomás növekszik, akkor a feszültség értéke is nő (21. ábra).
A MAP-szenzor karakterisztikája
21. ábra
Az ECM a PIM terminálon méri a MAP-szenzor feszültség jelét. A szenzor 5 V-os tápfeszültségét a VC lábon, a testet az E2-n kapja (22. ábra). A PIM értéknek 5 V-nak kell lennie a vezeték lehúzott állapotában. A MAP jelfeszültség akkor a legmagasabb, amikor a szívócsőnyomás is a legnagyobb. Tehát például járó motornál történő hirtelen fojtószelep-nyitáskor. A MAP jelfeszültség akkor a legkisebb, amikor a szívócső-nyomás is a legkisebb. Azaz: zárt fojtószeleppel állás esetén, motorféküzemben.
A MAP-szenzor bekötési vázlata
22. ábra
Nyomásérzékelők diagnosztikája és alkalmazási területei
A MAP-szenzor hibája lehet az oka számos driveability problémának, mivel mind a befecskendező rendszer, mind a gyújtórendszer működésében alapvető fontosságú szerepet játszik.
Először is szemrevételezéssel ellenőrizzük az érzékelőt és a vákuumcsövet (ne legyen meghajolva, elszakadva, eltömődve és a megfelelő helyre legyen kötve).
A VC vezetéken 5 V-ot kell mérnünk, míg az E2 vezeték ellenállásának nullának kell lennie.
Az érzékelő kalibrációja a feszültségesés (UVC-UPIM) ellenőrzésével történik (1. táblázat).
Vákuum (kPa( | 13,3 | 26,7 | 40,0 | 53,5 | 66,7
Δ U (V( | 0,3-0,5 | 0,7-0,9 | 1,1-1,3 | 1,5-1,7 | 1,9-2,1
Ezt az érzékelőt néha tengerszint feletti magasság kompenzátornak (HAC - High Altitude Compensator) is hívják. Az érzékelő a légköri nyomást méri, amelynek értéke a magasság és az időjárás függvényében változik.
Nagyobb magasságokban ritkább a levegő: kisebb a sűrűsége, így a nyomása is. Ugyanúgy működik, mint a többi nyomásérzékelő, csupán a szívócsőnyomás helyett légköri nyomást méri.
A töltőnyomás érzékelő a szívócsőben a feltöltési nyomást méri, így a MAP-szenzorhoz viszonyítva nagyobb értékeket mér.
A töltőnyomás-érzékelő szenzor karakterisztikája
23. ábra
A tüzelőanyaggőz-nyomás érzékelő (VPS - Vapor Pressure Sensor) a tüzelőanyaggőz-kipárolgásgátló rendszer nyomását méri (24. ábra). Beépítése történhet a tüzelőanyag-tartályba, az aktívszén tartály közelébe vagy egy távolabbi helyre.
Tüzelőanyaggőz-nyomás érzékelő
24. ábra
A referencia kamra nyomása a légköri nyomással változik. A referencia kamrában egy kisméretű membrán látja el ezt a szerepet. Ez lehetővé teszi a gőznyomás légköri nyomáshoz történő viszonyítását. A szenzor nagyon érzékeny a nyomás változására.
A tüzelőanyaggőz-nyomás érzékelő fajtái:
A szenzor többféle kialakításban létezik. Ha közvetlenül a tápszivattyúra szerelik, akkor nem igényel külön csövet. Ha távolabbi helyre építik be, akkor egy vagy két csőre van szükség.
A tüzelőanyaggőz-nyomás érzékelő fajtái
25. ábra
Ha a kétcsöves változatról van szó, akkor az egyik cső a gőznyomást vezeti a szenzorhoz, a másik pedig a légköri nyomást. Nagyon fontos, hogy a két cső mindegyike a megfelelő helyre legyen csatlakoztatva. Ha felcseréljük őket, a rendszer hibásan fog működni.
A VPS jele a PTNK terminálon jut az ECM-be. A szenzor a VC vonalon kap 5 V tápfeszültséget és az E2-n testet az ECM-től. Ha a PTNK vezetéket lehúzzuk, akkor a PTNK feszültségnek 5 V-nak kell lennie.
Szemrevételezés: minden cső megfelelő csatlakoztatását, törés és szakadásmentességét ellenőrizni kell.
Ellenőrizni kell a VC és E2 feszültségeket. Az előírt nyomás értéknél ellenőrizni kell a szenzor feszültség kimenetét.
Ügyelni kell arra, hogy ez feleljen meg a működési sajátosságoknak, mivel egyébként tönkre tehetjük az érzékelőt.
A tüzelőanyaggőz-nyomás érzékelő elvi kapcsolási vázlata
26. ábra
Potenciométerek
A potenciométer olyan érzékelő (27. ábra), amely az ellenállását változtatja, pl. fojtószelep-helyzet vagy a gázpedál-helyzet függvényében.
Potenciometer
27. ábra
Fojtószelep-potenciométer jele (alapjárat - teljes terhelés)
27. ábra
Érzékelési elve azon alapul, hogy potenciométer tapintója a mért helyzettel arányosan mozdul el. Ennek hatására az elmozdulással arányos feszültségesés jön létre.
Kapacitív érzékelők
Manapság növekszik a kapacitív érzékelők (28. ábra) alkalmazási területe (olajszint-szenzor, gyorsulás-érzékelő). A mérési elv kettős kondenzátor (közös középső elektróda) kapacitás változásán alapul.
Erő hatására változik a középső elektróda távolsága. Ennek megfelelően változik a kapacitás értéke. Ez az ún. differenciál-kondenzátor szilíciumbázisú, így nagy darabszámban olcsón előállítható. A működési elv a 28. ábra vázlata alapján érthető meg.
Kapacitív érzékelő és vázlata
28. ábra
Az alkalmazási területre lássunk a továbbiakban egy példát.
Termikus olajszint jeladó
A termikus olajszint jeladó (vagy eredeti német elnevezéssel Termischer Ölniveau Geber, TOG, VW) folyamatos működésű rendszer, amely az üzemelés alatt érzékeli a motorolaj szintjét és hőmérsékletét. Azt, hogy folyamatos, azért fontos kiemelni, mert egyéb motorgyártók (pl.: Mercedes - Benz) is alkalmaznak olajszenzort, de azok jelét a jármű haladása közben nem értékelik, csak például a motor leállítását követően néhány perc elteltével mérik az olaj szintjét (a várakozási idő alatt az olaj összegyűlik az olajteknőben).
Az olajszint jeladó alkotó elemei:
szintérzékelő, hőmérsékletérzékelő, szenzorelektronika.
Olajszint-érzékelő (TOG)
29. ábra
Ezeket közös tokban egyesítették. A beépítés függőleges helyzetben az olajteknő aljába történik.
A szerkezet háza műanyagból készül, melyet alulról sajtolással rögzített alumínium fedél zár le, ami egyben hűtőbordaként is szolgál. A szintérzékelő csőszerű üregben foglal helyet, melynek felső részén szellőzőnyílás biztosítja az olajszint kiegyenlítődésének lehetőségét, alul pedig olajbeáramló csatorna található. Ez utóbbi biztosít statikus körülményeket az érzékelőelemek környezetében. Az olaj kilengéseinek csillapítására, hosszában beépített motoroknál, műanyag hullámtörő beépítése is szokásos a forgattyús házba. A hőmérsékletérzékelő a szintmérési tartomány alatt helyezkedik el (30. és 31. ábra sorozat).
Az olajszint érzékelő főbb konstrukciós kialakítási részletei
30. ábra
Az olajszint érzékelő főbb konstrukciós kialakítási részletei
31. ábra
A szenzorok kimenőjele (32.ábra) oszcilloszkópos méréssel vizsgálható. Az oszcilloszkóp 1-es csatornája a kimenőjelet, a 2-es a szenzor csatlakozó lábain (33. ábra) mért tápfeszültség alakulását mutatja.
Az olajszint jeladó jelfeszültsége
32. ábra
A TOG lábkiosztása
33. ábra
A fűtési idő alatt a csatlakozón mért tápfeszültség nagymértékben lecsökken, ami a fűtés nagy teljesítmény-felvételére utal.

| Önellenőrző kérdések
1. Milyen mennyiségek átalakítása történik általában az érzékelőkben!
| Alapmennyiségek átalakítása származtatott mennyiségekké.
| Az érzékelők az esetek többségében nem villamos mennyiségeket alakítanak át villamos mennyiségekké.
| Villamos mennyiségeket alakítanak át nem villamos mennyiségekké.
2. Mi az aktív érzékelő definíciója?
| Az aktív érzékelők olyan szenzorok, amelyekbe erősítő és jelformáló elemeket is integráltak és tápfeszültséggel működnek. Az érzékelő jele, az integrált elektronikának köszönhetően, négyszögjel.
| Az aktív érzékelők működés közben mozgást végeznek.
| Az aktív érzékelők folyamatosan működnek, ezért aktívak.
3. Mi a passzív érzékelő definíciója??
| A passzív érzékelők inaktív üzemmódban vannak általában.
| A passzív érzékelők olyan szenzorok, amelyek csak passzív elemeket (tekercs, ellenállás, kondenzátor) tartalmaznak. Az érzékelő jele az esetek többségében analóg feszültség.
| A passzív érzékelők működés közben nem végeznek mozgást.
4. Mire használják általában az indukciós érzékelőket?
| Az indukciós hevítési folyamat figyelésére.
| Az induktivitás mérésére.
| Mozgásérzékelés, helyzetérzékelés.
5. Mire használják általában a Hall jeladókat?
| Akusztikai mérésekre.
| Járműzaj-szint érzékelésére.
| Fordulatszám meghatározás, helyzetérzékelés.
6. Milyen elven működnek a hőmérséklet érzékelők?
| A hőmérséklet érzékelők a folyadékok hőtágulása elvén működnek.
| A hőmérséklet érzékelők termosztatikus úton működnek.
| A hőmérséklet jeladók elektronikus úton történő ellenállás-változás (NTC vagy PTC) útján mérik a hőmérsékletet.
7. Mit jelent az ECT rövidítés?
| ECT - E-Car Temperature, azaz elektromos járművekben alkalmazott hőmérséklet érzékelő.
| ECT - Electronic Car Temperature, azaz jármű hőmérséklet érzékelő.
| ECT - Engine Coolant Temperature, azaz motor hűtőfolyadék-hőmérséklet érzékelő.
8. Mit jelent az IAT rövidítés?
| IAT - International Active Temperature, azaz nemzetközi aktív hőmérséklet érzékelő.
| IAT - Irregulare Automatical Temperature, azaz Automatikus nem szabályos hőmérséklet érzékelő.
| IAT - Intake Air Temperature, azaz Szívólevegő-hőmérséklet érzékelő.
9. Milyen esetekre vizsgáljuk a hőmérséklet-érzékelőket?
| Szakadás, rövidzárlat, feszültség-érték, szenzor-ellenállás.
| Alacsony és magas hőmérsékletek esetére.
| Szabványosan kijelölt működési pontokra.
10. Hogyan végezhető el a hőmérséklet érzékelő-karakterisztika meghatározása?
| Kalibráló készülékben.
| Hajszárítóval fűtjük és infra kamerával figyeljük a jeladót.
| A hőmérséklet érzékelő jelleggörbéje fűtött és mért hőmérsékletű vízbe merítéssel és az ellenállás mérésével végezhető el.
11. Mire használják a motortechnikában a nyomás érzékelőket?
| A motortechnikában kopogás-és nyomás-érzékelésre használják őket.
| A motor súlyának mérésére.
| A kipufogási nyomás mérésére.
12. Milyen a MAP-szenzor feszültségjele?
| Négyszögjel.
| Szinusz-hullám.
| Proporcionális.
13. Milyen problémát okozhat a hibás MAP-szenzor?
| Driveability problémákat.
| Indítási problémákat.
| Levegőnyomás-érzékelési problémákat.