Приборы контроля режима движения и частоты вращения коленчатого вала двигателя

Для контроля режима движения и частоты вращения коленчато­го вала двигателя автомобили оборудуют спидометрами и тахомет­рами. По принципу действия спидометры разделяются на индукци­онные и электрические, а по способу приведения в действие - с приводом гибким валом и электроприводом.

Скоростные узлы всех спидометров вне зависимости от типа привода имеют одинаковый принцип действия, но могут различать­ся конструктивным исполнением. Основу скоростного узла состав­ляет индукционный преобразователь (рис. 5.14), включающий по­стоянный магнит 4 и металлический диск 2. При вращении постоян­ного магнита относительно диска в последнем наводятся вихревые токи. Создаваемое вихревыми токами поле взаимодействует с маг­нитным полем постоянного магнита. В результате этого создается вращающий момент, приложенный к диску в направлении враще­ния постоянного магнита. Пружина-волосок 1 создает противодей­ствующий момент. В скоростном узле повороту подвижной системы противодействуют также момент от сил трения в опорах и момент от дисбаланса, но их влияние невелико и практически не сказыва­ется на работе узла. Поворот стрелки 3 в зависимости от частоты вращения определяется взаимодействием только момента посто­янного магнита и момента сопротивления пружины-волоска, что обеспечивает линейную зависимость угла поворота подвижной сис­темы от частоты вращения.

Скоростной узел спидометра приводится во вращение гибким валом или электродвигателем. Гибкий вал нашел широкое приме­нение на автомобилях, однако он имеет ряд недостатков: быстрое изнашивание, неравномерность вращения, ограничения по длине и сложность прокладки.

Рис. 5.14. Индукционный преобразователь

 

Рис. 5.15. Электрическая схема спидометра с электроприводом

 

Более совершенным является электропривод, выполненный по схеме генератор - двигатель. Функции генератора выполняет син­хронный генератор, приводимый во вращение от ведомого вала коробки передач, а двигателем служит трехфазная синхронная электрическая машина, вал которой соединен со скоростным узлом спидометра. Электрическая схема такого спидометра представлена на рис. 5.15. Ротор генератора, выполненный в виде постоянного магнита, соединен с ведомым валом коробки передач. Напряжение, снимаемое с каждой фазной обмотки генератора, подается через линию связи на соответствующий транзистор. Частота импульсов напряжения, снимаемых с фазных обмоток генератора, пропорциональна скорости движения автомобиля. В коллекторную цепь каждого транзистора включена соответствующая фазная обмотка приводного двигателя. При открывании очередного транзистора, управляемого напряжением соответствующей фазы датчика, напряжение бортовой сети прикладывается к соответствующей обмотке статора электродвигателя. Вследствие этого создается вращающееся магнитное поле статора двигателя, частота вращения которого пропорциональна скорости автомобиля. Ротор двигателя, на валу которого размещен постоянный магнит, механически связан со скоростным узлом, преобразующим частоту вращения в показания спидометра. Резисторы R1...R6 служат для выбора рабочих точек соответствующих им транзисторов.

Частота вращения коленчатого вала двигателя автомобиля может быть измерена тремя способами:

- с помощью специального датчика, регистрирующего частоту вращения коленчатого вала двигателя;

- путем регистрации частоты размыкания контактов прерывателя системы зажигания;

Рис. 5.16. Электрическая схема тахометра с электроприводом

 

- путем регистрации частоты импульсов напряжения в одной из фаз автомобильного генератора.

Конструкция тахометра, имеющего датчик частоты вращения, аналогична конструкции спидометра с электроприводом, выполненного по схеме генератор - двигатель. Его основное отличие заключается в месте установки датчика и градуировке шкалы. В элекрической схеме тахометра (рис. 5.16) предусмотрен дополнительный вывод 6, предназначенный для реле блокировки стартера.

Диоды VD4, VD5, VD6, резистор R1 и стабилитрон VD7 служат для защиты транзисторов VT1, VT2, VT3 от перенапряжения в момент закрывания, когда в обмотках статора индуцируется ЭДС самоиндукции.

Диоды VD1, VD2, VD3 предохраняют соответствующие им транзисторы от импульсов обратной полярности. Принцип действия тахометра, регистрирующего частоту размыкания контактов прерывателя системы зажигания (рис. 5.17), основан на преобразовании импульсов, возникающих в первичной цепи системы зажигания при размыкании контактов прерывателя, и измерении их магнитоэлектрическим прибором.

Рис. 5.17. Электрическая схема

В исходном состоянии транзистор VT2 открыт током, протекающим по цепи ре­зистора R10; конденсатор С5 заряжен. Напряжение на резисторе R5 создается в закрывающем направлении. Поэтому транзистор VT1 закрыт. Положительный запускающий импульс, подаваемый на базу транзистора VT1, открывает его, конденсатор С5 разряжается по цепи эмиттер-коллектор транзистора VT1 и резистор R10. При этом транзистор VT2 переходит в закрытое состояние и остается закрытым, пока конденсатор С5 не разрядится, так как к его базе приложен отрицательный потенциал.

Транзистор VT1 открыт под действием тока, протекающего по цепи R8 - R9. При открытом состоянии этого транзистора через магнитоэлектрический измерительный прибор проходит импульс, длительность которого определяется параметрами разрядной цепи С5 - R10. После разряда конденсатора С5 схема скачкообразно переходит в исходное устойчивое состояние до прихода нового за­пускающего импульса. Следовательно, среднее эффективное зна­чение тока, проходящего через магнитоэлектрический прибор, бу­дет зависеть от частоты замыкания контактов прерывателя.

Работа тахометра, регистрирующего частоту импульсов напря­жения в одной из фаз автомобильного генератора (рис. 5.18), ана­логична работе вышеописанного тахометра, только в качестве управляющих импульсов используется сигнал напряжения с фазы генератора.

Рис. 5.18. Электрическая схема тахометра, регистрирующего частоту им­пульсов напряжения в фазе генератора

 

Необходимость создания тахометра, регистрирующего частоту импульсов напряжения в фазной обмотке генератора, была иызвана широким применением дизельных двигателей, не имею­щих системы зажигания. В принципе для дизельных двигателей можно было бы применить тахометр с датчиком, но представлен­ная схема конструктивно проще и дешевле.

БОРТОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ

Бортовая система контроля - эта информационная система, предназначенная для предупреждения водителя о возникновении неисправностей или нарушении рабочих функций узлов или агрега- юв автомобиля. С помощью БСК водитель, не покидая своего ра­бочего места, имеет возможность проверить готовность автомоби­ля к эксплуатации или определить весь комплекс работ, связанных с предвыездным техническим обслуживанием.

Основными параметрами, контролируемыми БСК, являются уровень масла в двигателе, уровень охлаждающей жидкости, уро­вень жидкости в бачке стеклоомывателя, уровень тормозной жид­кости, износ тормозных накладок, исправность ламп системы ос­вещения и сигнализации. Эта номенклатура параметров может из­меняться и добавляться в зависимости от количества предъявляе­мых требований к надежности систем, обеспечивающих безопас­ность дорожного движения и влияющих на надежность автомобиля.

Систематическая проверка водителем перечисленных парамет­ров обычными способами в достаточной степени неудобна и трудо­емка. Например, для проверки исправности приборов светосиг­нальной аппаратуры требуется помощь второго человека или при­менение специального оборудования (зеркал, отражателей), а для проверки толщины тормозных накладок необходимо снятие колес. Поэтому применение БСК значительно снижает трудоемкость про­ведения контрольных операций и повышает их объективность.

Появление на автомобилях БСК относится к началу 70-х годов. Их разработкой и производством занимаются практически все автомо­билестроительные компании Западной Европы, США и Японии. На­пример, еще в 1984 г. компания Chrysler для автомобилей с рабочим объемом двигателя 2,2 л с впрыском топлива и турбонаддувом раз­работала систему бортовой диагностики, построенную на модулях памяти и логики. Диагностическая информация заносится в память этой системы и при необходимости водитель или механик на станции технического обслуживания могут осуществить вызов этой информа­ции путем троекратного включения замка зажигания. При этом на специальном индикаторе, расположенном в верхнем правом углу панели приборов, появляются цифровые коды, соответствующие причинам возникновения неисправностей.

Фирма Nissan тоже предложила систему бортовой диагностики. Эту систему можно назвать «системой-консультантом», так как ее особенностью является возможность обмена информацией между механиком или водителем и системой диагностики в режиме диало­га. При возникновении неисправности (например, двигатель не пус­кается или развивает маленькое ускорение) водитель посылает вызов диагностической системе, после чего на дисплее высвечива­ется перечень возможных неисправностей предлагается водителю выбрать из них наиболее вероятную. После этого на экран выво­дится перечень условий, при которых может возникать указанная водителем неисправность. Анализируя ответы водителя, система определяет возможную причину, обусловливающую указанную не­исправность и предлагает способ ремонта. Если неисправность не устраняется с помощью предложенного способа, система запраши­вает у водителя дополнительную информацию и выдает новые рекомендации.

Как правило, современные БСК разрабатывают на основе мик­ропроцессорной техники, что дает возможность автоматизировать процесс контрольно-диагностических работ. Внедрение БСК может быть реализовано за счет оснащения автомобиля встроенными в соответствующие системы датчиками с выводом информации во­дителю на панель приборов. При этом БСК способна решать сле­дующие задачи:

- контролировать исправность основных систем и агрегатов ав­томобиля с целью освобождения водителя от наблюдения за их техническим состоянием и концентрации его внимания на дорож­ном движении;

- при возникновении неисправностей оценивать их важность и в соответствующей форме предупреждать водителя;

- сообщать водителю о необходимости проведения техническо­го обслуживания.

Смысл введения БСК состоит в том, что за счет периодических проверок непосредственно на контролируемом объекте отказы­вающие системы обслуживаются задолго до их профилактического контроля и технического обслуживания. Это приводит к росту тех­нической готовности автомобиля.

В состав простейшей БСК входят датчики контролируемых па­раметров, блок управления и средство отображения информации.

Для контроля уровней эксплуатационных жидкостей (омывающей, охлаждающей, масла в двигателе) отечественной промышленностью выпускаются датчики с встроенными герконом и кольцевым магнитом (рис. 5.19), который может перемещаться вдоль оси геркона. Достижение уровнем жидкости предельного значения соответствует положению магнита, при котором срабатывает геркон. При этом он замыкает электрическую цепь сигнализатора, установленного на табло БСК.

Датчики износа тормозных накладок бывают двух типов: размыкающие и замыкающие контролируемую цепь. В размыкающем датчике провод, заложенный в накладку на глубину, соответствует минимально допустимому износу, при наступлении последнего перетирается и размыкает контролируемую цепь. Замыкающий датчик при наступлении предельного износа замыкает контролируемую цепь через тормозной диск или барабан на массу.

Для контроля исправности ламп системы освещения и сигнализации применяется реле контроля (рис. 5,20). Оно контролирует исправность ламп стоп-сигналов, габаритных огней правого и лево-го бортов. Реле состоит из обмоток L1-L5, включенных в контроли-руемые цепи. Каждой обмотке соответствует геркон, который при условии исправной контролируемой лампы находится в замкнутом состоянии (сила тока, проходящего по обмотке, достаточна для замыкания геркона). Транзисторы VT1-VT3 управляются герконами, стоящими в их базово-эмиттерной цепи. Транзистор VT4 является выходным и управляет контрольной лампой, установленной на табло БСК. При возникновении неисправности (перегорела лампа или превысило норму переходное сопротивление в одном из контактов) ток, протекающий через обмотку данного геркона, уменьшается (или пропадает), вследствие чего геркон размыкается. При размыкании геркона соответствующий ему промежуточный транзистор переходит в состояние насыщения и открывает транзистор VT4, что приводит к загоранию контрольной лампы.

В блоке управления и сигнализаторов (рис. 5.21) каждая контрольная (сигнализирующая) лампа HL1-HL6 включена в цепь контролируемого ею параметра и загорается при выходе параметра за допустимые пределы. Для проверки исправности самих контроль­ных ламп предусмотрен выключатель S1, при нажатии на который все контрольные лампы должны загореться.

Рис. 5.19. Датчик уровня жидкости

 

Рис. 5.20. Электрическая схема реле контроля исправности ламп

 

Рис. 5.21. Электрическая схема блока управления и сигнализаторов

Рис. 5.22. Фрагмент принципиальной схемы БСК автомобиля ВАЗ-2109

 

Еще одним контролируемым параметром для БСК, по мнению ведущих специалистов, должно стать давление воздуха в шинах, но из-за трудностей, возникающих при передаче сигнала от колеса на борт автомобиля и высокой стоимости существующих сегодня систем вопрос о контроле воздуха в шинах остается открытым.

На отечественных автомобилях БСК впервые появились на автомобиле ВАЗ-2109, в дальнейшем запланирована их установка на все перспективные модели. Электронная БСК, разработанная для автомобиля ВАЗ-2109 (рис. 5.22), контролирует 12 параметров. Сигнализаторы БСК выполнены на светоизлучающих диодах красного и оранжевого цветов свечения. Красный цвет предупреждает водителя об аварийном состоянии агрегата или узла автомобиля и необходимости срочного принятия мер по ликвидации неисправ­ности. Сигнализаторы оранжевого цвета несут предупредительную информацию.

При включении зажигания все сигнализаторы БСК светятся в те­чение 4 с в режиме «Test» для их визуальной проверки.

Сигнализаторами красного цвета свечения являются следую­щие: «пристегните ремни», включение стояночного тормоза, ава­рийное давление масла, износ тормозных накладок, неисправность ламп тормозных и габаритных фонарей, перегрев двигателя.

Сигнализаторы оранжевого цвета свечения сигнализируют

о низких уровнях тормозной, охлаждающей, омывающей жидкостей, масла, о резерве топлива, а также контролируют напряжение бор­товой сети автомобиля.

В состав сигнализаторов БСК входит также лампа STOP. Она заго­рается, если горит хотя бы один красный сигнализатор и предупрежда­ет о необходимости немедленного устранения неисправности.

Сигнализатор VD2 «пристегните ремни» (см. рис. 5.22) загорает­ся при подключении концевого выключателя К1 пристегнутых рем­ней к корпусу автомобиля. Резистор R1 служит формирователем тока через светодиод VD2, а диоды VD1, VD3 обеспечивают защиту индикатора от помех.

Сигнализатор VD6 износа тормозных накладок работает сле­дующим образом. При первом же торможении при изношенных на­кладках датчик износа накладок (замыкающего типа) подключает контакт К2 БСК к корпусу автомобиля. Нормально открытый ключ на транзисторе VT1 закрывается и на выходе 1 триггера DD1.1 ус­танавливается высокий уровень напряжения, который через диод VD5 и резистор R5 открывает транзистор VT2. При этом начинает светиться светодиод VD6.

Отключение сигнализатора произойдет только при выключении замка зажигания. Контроль исправности сигнализатора осуществ­ляется сигналом «Test» через диод VD7. Этот же сигнал через ре­зистор R7 сбрасывает триггер в исходное состояние. Цепь R4, VD4 и С1 служит для ограничения по амплитуде и фильтрации помех сигнала, идущего от датчика износа тормозных накладок.

Сигнализатор VD11 неисправности ламп тормозных и габарит­ных фонарей работает по сходному принципу. При неисправности хотя бы одной из ламп на контакте КЗ БСК появляется напряжение бортсети автомобиля (с выходного транзистора реле контроля ис­правности ламп). При помощи цепочки R8, R9, VD9 это напряжение

ограничивается до 4,7 В. Одновременно фильтр R8, С2 служит для

защиты сигнализатора от ложных срабатываний по наведенным помехам. Триггер DD 1.2 устанавливается в логическую «1». Высо­кий уровень сигнала с выхода 13 DD1.2 через диод VD8 и резистор R10 открывает транзистор VT3. При этом начинает светиться све­тодиод VD11. Отключение сигнализатора происходит только при выключении замка зажигания. Через диод VD10 осуществляется контроль исправности сигнализатора по сигналу «Test».

Одновременно с включением сигнализатора VD11 база транзи­стора VT4 через резистор R13, диод VD12 и транзистор VT3 под­ключается к корпусу автомобиля, что приводит к включению сигна­лизирующей лампы HL1 «STOP».

Сигнализатор VD15 аварийного давления масла загорается при подключении контакта К4 датчика давления к корпусу автомобиля. Транзистор VT5 служит для проверки сигнализатора по сигналу «Test». При включении сигнализатора VD15 через диод VD14 и ре­зистор R13 на базу транзистора VT4 поступает открывающее сме­щение напряжения и одновременно загорается сигнализирующая лампа HL1 STOP. Диоды VD13, VD16 предохраняют сигнализатор от ложных срабатываний по помехам.

Аналогично работает и сигнализатор уровня тормозной жидко­сти, который на рис. 5.22 не показан.

Сигнализатор VD20 уровня омывающей жидкости (см. рис. 5.22) работает следующим образом. Если уровень омывающей жидкости ниже определенной отметки, то датчик уровня через контакт К5 подключает эмиттер транзистора VT6 к корпусу автомобиля. При включении замка зажигания, когда частота вращения коленчатого вала двигателя меньше 750 мин^-1, на специальном контакте БСК «Упр» присутствует сигнал, открывающий транзистор VT6 через резистор R17. При этом светодиод VD20 светится. Через транзи­стор VT7 сигнализатор проверяется по сигналу «Test». Таким обра­зом, можно контролировать уровень омывающей жидкости при включении замка зажигания после окончания сигнала «Test», т. е. осуществлять так называемый «предвыездной» контроль данного параметра.

Аналогичным образом работают и сигнализаторы уровней масла и охлаждающей жидкости, не показанные на рис. 5.22.

Сигнализатор VD21 (см. рис. 5.22) контроля напряжения борто­вой сети имеет схему управления, собранную на компараторах DA1.1, DA1.2 и транзисторах VT8, VT9. Напряжение, пропорцио­нальное напряжению бортовой сети автомобиля U_Bc с делителя

напряжения на резисторах R16, R27 подается на инвертирующий

вход компаратора DA1.1 и неинвертирующий вход компаратора DA1.2. Соотношение номиналов прецизионных резисторов в дели-теле R19, R23, R29 выбрано таким образом, что компаратор DA1.1 переключается из состояния «О» в состояние «1» при напряжении бортовой сети Use < 13,2 В, а компаратор DA1.2 переключается из состояния «О» в состояние «1» при UBс > 15 В.

При напряжении Use < 13,2 В высокий уровень сигнала с выхода DA1.1 через резисторы R18, R25 поступает на базу транзистора VT8, открывая его. Светодиод VD21 при этом непрерывно светится. При условии 13,2 В < Use < 15 В на выходах обоих компараторов присутствует низкий уровень сигнала, транзистор VT8 закрыт, сигнализатор VD21 не светится.

При превышении напряжением бортовой сети уровня 15 В на выходе компаратора DA1.2 появляется высокий уровень сигнала. На базу транзистора VT9 через резистор R28 со специального контакта БСК постоянно подается импульсный сигнал частотой 2 Гц. Таким образом, при L_fec < 15 В управляющий сигнал транзистора VT8 модулируется при помощи транзистора VT9 частотой 2 Гц. При этом светодиод VD21 мигает с частотой 2 Гц.

Стабилитрон VD19 и конденсатор СЗ обеспечивают защиту схемы от импульсных перенапряжений, возникающих в бортовой сети автомобиля

 

СИСТЕМА ВСТРОЕННЫХ ДАТЧИКОВ

Система встроенных датчиков впервые стала применяться в отечественном автомобилестроении на автомобилях ВАЗ -2105, - 2108. В комплект СВД входят: 12-полюсный штекерный разъем; датчик положения коленчатого вала двигателя (датчик верхней мертвой точки - ВМТ); датчик высокого напряжения; датчик опорного цилиндра; жгут проводов для коммутирования датчиков и контрольных точек.

Принципиальная электрическая схема СВД представлена на рис. 5.23. Контрольными точками, выведенными на штекерный разъем, являются: клемма «+» генератора, «+» и «-» катушки зажигания, «масса» двигателя, а также выводы датчиков ВМТ, высокого напряжения и опорного цилиндра (на автомобилях ВАЗ датчики высокого напряжения и опорного цилиндра входят в комплект диагностической аппаратуры и устанавливаются только на период диаг-ностирования).

Система встроенных датчиков позволяет определять:

-напряжение аккумуляторной батареи - без нагрузки, под на­грузкой (включен стартер) и при заторможенном стартере;

- регулируемое напряжение;

- исправность диодов выпрямителя генератора;

- напряжение на катушке зажигания - при включении замка за­жигания и при включении стартера;

- падение напряжения на контактах прерывателя;

- угол замкнутого состояния контактов прерывателя - при кон­трольных значениях частоты вращения двигателя;

- асинхронизм искрообразования по цилиндрам;

- угол опережения зажигания при контрольных значениях часто­ты вращения двигателя;

- падение частоты вращения двигателя при отключении цилиндров.

В дальнейшем система СВД будет совершенствоваться и вне­дряться на всех автомобилях перспективных моделей.

Рис. 5.23. Принципиальная электрическая схема СВД

МАРШРУТНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ

В настоящее время прослеживаются два основных направления в разработке МК - разрабатываемые для конкретной модели авто­мобиля и универсального применения. Например, фирма Chrysler ориентируется на разработку специализированных МК, а фирма General Motors - на МК универсального применения. Имеются разработки МК конкретного функционального назначения (расходомеры, оптимизаторы скорости и пр.).

Несмотря на различия между МК, порой весьма существенные, все они выполняют в основном сходные функции. Эти функции связаны с измерением, расчетом, индикацией, а иногда и управлением совокуп­ности четырех параметров: скорости движения, расхода топлива, рас­стояния и времени. Иногда к ним добавляется возможность измерения температуры воздуха в салоне и за бортом автомобиля. Функции, вы­полняемые МК, можно подразделить на основные и расширенные.

Основная система (система минимальной конфигурации) может включать часы, счетчики пройденного пути и времени, измерять среднюю скорость, мгновенный и средний расход топлива. Расши­ренная система может проводить измерения времени, расстояния, времени за рулем, контроль скорости, индикацию расстояния до цели, оценку времени прибытия и расстояния, которое можно прой­ти на остатке топлива, сигнализацию при попытке угона и т. д. Рас­ширенный вариант МК может также иметь устройства поддержания заданной скорости (спидостаты, темпостаты).

Однако разнообразие функционального назначения и конструк­тивного исполнения МК не вносит существенных изменений в их структурную схему.

Это связано с тем, что в подавляющем большинстве случаев в качестве основного элемента МК используется микропроцессор. Поэтому структура МК - это структура микроЭВМ, как например, структурная схема одного из маршрутных компьютеров, разрабо­танных в нашей стране для использования на перспективных авто­мобилях семейства ВАЗ (рис. 5.24).

Рис. 5.24. Структурная схема МК перспективных моделей семейства ВАЗ 300

 

Основным элементом разработанного МК является однокристаль­ная микроЭВМ КМ 1816ВЕЧ8, в одной микросхеме которой размещены микропроцессор (МП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и некоторые схемы управления. Микропроцессор МП, благодаря заложенной в него воз­можности программного управления, обладает свойством универсаль­ного устройства. Это значит, что функциональные возможности систе­мы во многом определяются программой, заранее записанной в ПЗУ МК. Для хранения результатов промежуточных вычислений и данных, значения которых со временем изменяются, служат ОЗУ. Резервное ОЗУ, которое через блок питания постоянно подключено к аккумуля­торной батарее автомобиля, позволяет сохранить необходимую ин­формацию даже при выключении замка зажигания.

Блок формирователей сигналов позволяет преобразовать сиг­налы от датчиков автомобиля в цифровой код, используемый в микроЭВМ. Часы реального времени позволяют производить отсчет астрономического времени и временных интервалов. Клавиатура позволяет задать режим работы МК (как правило, это параметр, который будет отображаться на дисплее МК). Драйвер (устройство управления) дисплея преобразует цифровой код,

 

поступающий от микроЭВМ, в сигналы управления, которые формируют на дисплее значение отображаемого параметра.

 

 

В табл. 5.1 представлены параметры, которые рассчитывают и ин­дицируют МК перспективных моделей автомобилей семейства ВАЗ.Внешний вид дисплея показан на рис. 5.25.