¿Cuál es la función del sensor en el motor de gasolina de un automóvil?
Sensores de temperatura (sensores de temperatura del agua de refrigeración THW, THA, sensores de temperatura del aire);
Sensores de flujo (sensores de flujo de aire, sensores de flujo de combustible);
Diagrama del sensor de presión de admisión
Sensor de posición del acelerador TPS
Sensor de velocidad del motor
Sensor de velocidad SPD
Sensor de posición del cigüeñal (sensor de sincronización del encendido)
Sensor λ
Sensor de detonación (KNK)
Sensor de flujo de aire
Para formar una mezcla que cumpla con los requisitos y lograr la relación aire-combustible óptima, el flujo de aire de admisión del motor debe controlarse con precisión. A continuación se presentan varios sensores de flujo de aire de uso común.
1. Medidor de flujo de aire Karman Vortex
El sensor de flujo de aire vórtice es un sensor que utiliza señales ultrasónicas o fotoeléctricas para medir el flujo de aire detectando la frecuencia del vórtice.
Como todos sabemos, cuando los cables aéreos en el campo son arrastrados por el viento, emitirán un sonido de "zumbido, zumbido", y cuanto mayor sea la velocidad del viento, mayor será la frecuencia del sonido. Esto se forma después de que el gas fluye a través de los cables causado por remolinos (es decir, remolinos). Este fenómeno puede ocurrir en líquidos, gases y otros fluidos.
De manera similar, si colocamos un generador de vórtice, como un cilindro, en la entrada de aire, cuando el aire fluya, se generarán dos filas de vórtices con direcciones de rotación opuestas detrás del generador de vórtice como se muestra en la imagen. Figura. Aparecen alternativamente. Este vórtice se llama vórtice de Karmen.
El medidor de flujo de aire Karman vortex utiliza el principio de formación de vórtices para medir el flujo de gas y refleja directamente el flujo de aire a través de la medición del flujo.
Para el medidor de flujo de aire de vórtice Karman específico, existe la siguiente relación: qv=kf, qv donde qv es el caudal volumétrico, F es la frecuencia de la calle de vórtice de una sola fila, K es la proporción constante, y el diámetro de la tubería, el diámetro de la columna, etc. Según esta relación, el caudal volumétrico es proporcional a la frecuencia de salida del sensor de corrientes parásitas Karman. Utilizando este principio, el caudal de aire se puede obtener simplemente detectando la frecuencia f de la calle del vórtice Karman.
Según los diferentes métodos de detección de frecuencia de corrientes parásitas, los sensores de flujo de aire de corrientes parásitas para automóviles se dividen en detección ultrasónica y detección óptica. Por ejemplo, los automóviles Toyota Lexus LS400 importados de China continental y los automóviles Crown 3.0 importados de la provincia de Taiwán utilizan medidores de flujo de aire de vórtice de detección fotoeléctrica, el Jeep Mitsubishi de Japón, el Jeep Cheetah de China y el Hyundai Motor de Corea del Sur utilizan sensores de flujo de aire de vórtice para la detección ultrasónica. detección.
(1) Medidor de flujo de aire de vórtice óptico Karman
La teoría de partículas de la luz en la física moderna cree que la luz es un flujo de partículas con energía. Cuando un objeto es iluminado por luz, el efecto que se produce al absorber la energía de los fotones se llama efecto fotoeléctrico. El fototransistor es un tipo de semitransistor.
La característica de los dispositivos conductores es que al exponerse a la luz producirán fenómenos fotovoltaicos llamados efectos fotoeléctricos internos, generando así corriente.
Principio de funcionamiento: en el proceso de generación del vórtice Karman, la presión del aire en ambos lados del generador de vórtice cambiará, actuando sobre la lámina metálica a través del orificio guía, provocando que vibre. Cuando la luz LED brilla sobre la lámina metálica vibrante, la luz reflejada sobre la lámina metálica recibida por el fototransistor es luz modulada por corrientes parásitas, y luego el fototransistor emite una señal de frecuencia modulada, que representa la señal del flujo de aire.
(2) Medidor de flujo de aire ultrasónico Karman Vortex
Las ondas ultrasónicas se refieren a ondas mecánicas con una frecuencia superior a 20 HZ y no pueden ser escuchadas por el oído humano. Se caracteriza por una buena direccionalidad, un fuerte poder de penetración y un reflejo obvio cuando se encuentra con impurezas o interfaces de objetos. Por ejemplo, animales como los murciélagos y las ballenas en la naturaleza dependen del ultrasonido para localizarse. Usando esta propiedad física, podemos convertir algunas cantidades no eléctricas en parámetros acústicos y luego convertirlas en cantidades eléctricas a través de elementos piezoeléctricos.
El principio de funcionamiento del medidor de flujo de aire ultrasónico Karman vortex es básicamente el mismo que el del medidor de flujo de aire óptico Karman vortex, excepto que se utilizan elementos acústicos en lugar de elementos ópticos.
En nuestra vida diaria, a menudo nos encontramos con un fenómeno de este tipo, es decir, cuando llamamos a alguien en la dirección del viento, la otra parte puede escucharlo fácilmente; cuando llamamos contra el viento, no es fácil; para que la otra parte lo escuche. Esto se debe a que la dirección del flujo de aire del primero es la misma que la dirección de la onda sonora, por lo que la onda sonora se acelera, mientras que la segunda es el resultado del bloqueo y desaceleración de la onda sonora. Este fenómeno también existe con los sensores de flujo ultrasónicos.
El principio de funcionamiento es instalar una sonda transmisora ultrasónica y una sonda receptora ultrasónica en ambos lados de la tubería aguas abajo del generador de vórtice. La sonda transmisora ultrasónica emite continuamente ondas ultrasónicas de una cierta frecuencia (generalmente 40 KHZ). a la sonda receptora de ultrasonidos. Cuando la onda ultrasónica llega al receptor ultrasónico a través del flujo de aire de admisión, debido a la influencia de la velocidad de movimiento y la presión del flujo de aire, la fase (intervalo de tiempo) y la diferencia de fase (diferencia de intervalo de tiempo) de la señal ultrasónica recibida cambiarán, y El circuito de control integrado cambiará según la fase o el cambio en la diferencia de fase para medir la frecuencia de las corrientes parásitas. Después de que la señal de frecuencia de corrientes parásitas ingresa a la ECU, la ECU puede calcular el volumen de aire de admisión.
2. Medidor de flujo de aire de hilo caliente
Composición: Veamos el diagrama de estructura del libro. Sus componentes básicos incluyen un cable caliente de platino que detecta el flujo de aire, una resistencia de compensación de temperatura (cable frío) que corrige según la temperatura del aire de entrada, un circuito de control que controla la corriente del cable caliente y una carcasa exterior. Según las diferentes ubicaciones de instalación del alambre de platino en la carcasa, se puede dividir en el método de flujo principal instalado en el conducto de aire principal y el método de flujo lateral instalado en el conducto de aire lateral.
Los medidores de flujo de aire de alambre caliente funcionan utilizando el efecto de enfriamiento del aire que fluye sobre un alambre caliente. Coloque un alambre caliente de platino en el flujo de aire entrante. Cuando se pasa una corriente constante a través de un alambre de platino para calentarlo, si el aire que fluye alrededor del alambre de platino aumenta, la temperatura del alambre de platino disminuirá. Si queremos mantener constante la temperatura del hilo de platino, debemos ajustar la corriente del hilo caliente según el flujo de aire. Cuanto mayor sea el flujo de aire, mayor será la corriente requerida. La siguiente figura es el diagrama del principio de funcionamiento del medidor de flujo de aire de hilo caliente, que es el método de medición principal. Entre ellos, RH es un alambre de platino delgado (alambre caliente) con un diámetro de 0,03-0,05, y RK es una resistencia de alambre frío que se utiliza como compensación de temperatura. RA y RA son resistencias de puente de precisión. Cuatro resistencias * * * juntas forman un puente de Wheatstone. En el trabajo real, la corriente de calentamiento que representa el flujo de aire se convierte en una salida de voltaje a través de RA en el puente. Cuando el aire fluye a un caudal constante, el voltaje de suministro mantiene el cable caliente a una temperatura determinada y el puente se equilibra. Cuando hay flujo de aire, el valor de resistencia de RH cambia y el puente pierde el equilibrio porque el calor de RH es absorbido por el aire y se enfría. En este punto, el amplificador aumenta la corriente a través del cable de platino hasta que se restablecen los valores originales de temperatura y resistencia, reequilibrando el puente. Debido al aumento de potencia, el voltaje de RA aumenta y se obtiene una nueva salida de voltaje que representa el flujo de aire en RA.
Cualquier cambio en la temperatura del aire de admisión desequilibrará el puente. Por lo tanto, en el flujo de aire cerca del cable caliente, hay un cable de resistencia compensador (cable frío). La temperatura de la resistencia de compensación del hilo frío se utiliza como valor de referencia. En funcionamiento, el amplificador hará que la temperatura del cable caliente sea 100 grados más alta que la temperatura de entrada. El uso prolongado del medidor de flujo de aire de alambre caliente acumulará impurezas en el cable caliente, por lo que el medidor de flujo de aire de alambre caliente adopta medidas de agotamiento para resolver este problema. Siempre que el motor se cala, la ECU conecta automáticamente el circuito electrónico en la carcasa del medidor de flujo de aire y el cable caliente se calienta automáticamente, lo que hace que su temperatura aumente 1000 grados dentro de 1000 grados. Debido a que la temperatura de quemado debe ser muy precisa, el circuito no se abre hasta 4 segundos después de apagar el motor.
Este medidor de flujo de aire no tiene partes móviles, funciona de manera confiable y tiene buenas características de respuesta. La desventaja es que el error es mayor cuando la distribución de la velocidad del viento es desigual.
3. Medidor de flujo de aire de película caliente
Aunque el medidor de flujo de aire de alambre caliente puede proporcionar un flujo de aire de entrada preciso, el costo es demasiado alto y se utiliza principalmente en automóviles de lujo. Para cumplir con los requisitos de alta precisión, estructura simple y bajo costo, la empresa alemana Bosch desarrolló un medidor de flujo de aire de película caliente que utiliza tecnología de película gruesa. El principio de funcionamiento del medidor de flujo de aire de película caliente es similar al del medidor de flujo de aire de hilo caliente, los cuales utilizan un puente de Wheatstone. La diferencia es que el medidor de flujo de aire de película caliente no utiliza platino como alambre caliente, sino que utiliza un proceso de película gruesa para concentrar la resistencia del alambre caliente, la resistencia de compensación y la resistencia del puente de alambre en una pieza de cerámica. Este medidor de flujo de aire se ha utilizado ampliamente en varios sistemas de inyección de gasolina controlados electrónicamente.
En tercer lugar, sensor de presión
Función: Convertir la señal de presión en señal de voltaje.
Ámbito de aplicación: Existen dos aplicaciones principales en automóviles. Uno se usa para detectar la presión del aire, incluido el vacío de admisión, la presión atmosférica, la presión del aire del cilindro y la presión de los neumáticos; el otro se usa para detectar la presión del aceite, incluida la presión del aceite de la caja de cambios, la presión del aceite de la válvula de freno y la presión del aceite de la suspensión.
1. Sensor de presión capacitivo
Primero, aprendamos sobre la capacitancia.
La capacitancia de un capacitor es directamente proporcional al dieléctrico y su área efectiva relativa entre las dos placas del capacitor, e inversamente proporcional a la distancia entre las dos placas, es decir, C=ε A/d, donde ε es el dieléctrico. constante del dieléctrico y A es el área efectiva relativa entre las placas de electrodos, D es la distancia entre las dos placas de electrodos metálicos. De esta relación se puede ver que cuando dos parámetros permanecen sin cambios y el otro parámetro es una variable, la capacitancia cambiará a medida que cambien los parámetros. El sensor de presión capacitivo consta de dos piezas móviles (diafragmas metálicos elásticos), dos piezas fijas (revestimientos metálicos en el vidrio cóncavo superior e inferior de los diafragmas elásticos), un terminal de salida y una carcasa. Entre el rotor y los dos estatores se forman dos condensadores en serie. Cuando la fuerza de la entrada de aire actúa sobre el diafragma elástico, el diafragma elástico se desplazará, lo que inevitablemente reducirá la distancia desde un estator y aumentará la distancia desde el otro estator (puede usar una hoja de papel para demostrarlo). De la fórmula, podemos ver que la distancia entre dos placas de electrodos metálicos es uno de los factores importantes que afectan la capacitancia. A medida que aumenta la distancia, la capacitancia disminuye y, a medida que disminuye la distancia, aumenta la capacitancia. Esta estructura se denomina estructura diferencial y es causada por cambios de parámetros iguales y opuestos de un elemento medido y dos elementos sensores. Si el diafragma elástico se coloca entre la presión lateral y la presión atmosférica (la cámara superior del diafragma elástico está conectada a la atmósfera), se mide la presión manométrica si el diafragma elástico se coloca entre la presión y el vacío (la cámara superior del; diafragma elástico está lleno de vacío), mida la presión absoluta.
Los sensores capacitivos utilizan una variedad de circuitos de medición. Tomemos el circuito puente como ejemplo para ilustrar el principio de funcionamiento del circuito de medición del sensor diferencial capacitivo. Como se muestra en la figura, dado que la capacitancia es un parámetro de CA, el puente se excita con energía de CA a través de un transformador. Las dos bobinas del transformador y los dos condensadores forman un puente. Cuando no hay presión de entrada, el puente está en equilibrio y las dos capacitancias son iguales, C0. Cuando hay presión, un capacitor es C△C y el otro capacitor es C0-△C (△C es el cambio de capacitancia causado por la presión externa), entonces el puente pierde el equilibrio y el voltaje es alto donde la capacitancia es alta. , lo que hace que aparezcan dos entre los condensadores.
2. Sensor de presión de entrada del transformador diferencial
El sensor de presión diferencial es un sensor inductivo con un campo magnético abierto e inductancia mutua. Debido a que tiene dos bobinas secundarias conectadas para formar una estructura diferencial, también se le llama transmisión diferencial.
Cuando la bobina primaria del transformador diferencial es excitada por la fuente de alimentación de CA, su bobina secundaria generará una fuerza electromotriz inducida. Debido a que las bobinas secundarias están conectadas de manera diferencial, la salida total es la diferencia en la fem inducida de las dos bobinas. Cuando el núcleo está estacionario, su salida total es cero; cuando el núcleo se mueve, la fuerza electromotriz de salida cambia linealmente con el desplazamiento del núcleo.
El proceso de detección y conversión del sensor de presión de entrada del transformador diferencial es: primero, el cambio de presión se convierte en el desplazamiento del núcleo del transformador y luego el desplazamiento del núcleo se convierte en una señal eléctrica. a través de transmisión diferencial. Este sensor de presión consta principalmente de una caja de diafragma de vacío (fuelle) y una transmisión diferencial. Cuando cambia la presión del aire, el fuelle se deforma, lo que hace que el núcleo del transformador diferencial se mueva. Debido al desplazamiento del núcleo magnético, se genera un voltaje en el extremo de salida del transformador diferencial, que se procesa y envía al extremo de entrada de la ECU. Si el tiempo de inyección se determina en función del nivel de voltaje y el inyector está funcionando, se puede determinar la cantidad básica de inyección de combustible.
3. Sensor de presión de aire de admisión con galga extensométrica semiconductor
El principio de funcionamiento del sensor de presión de aire de admisión con galga extensométrica semiconductor es el efecto de deformación.
El llamado efecto de deformación es un fenómeno en el que los valores de resistencia cambian cuando los conductores y semiconductores se deforman por fuerzas externas.
El extensómetro de resistencia es un sensor de resistencia de chip. Su principio de funcionamiento es el llamado principio de efecto piezoresistivo en el que la resistividad del material semiconductor cambia cuando se aplica una determinada carga en su dirección axial para generar tensión. .
El sensor de presión de entrada compuesto por extensímetros de resistencia se compone principalmente de extensímetros semiconductores, cámaras de vacío y placas de circuito integrado híbrido. Las galgas extensométricas de semiconductores son cuatro resistencias equivalentes fabricadas sobre un diafragma utilizando tecnología de semiconductores y conectadas para formar una resistencia de puente. Las galgas extensométricas del puente de resistencia semiconductor se colocan en una cámara de vacío. Bajo la acción de la presión de entrada, la galga extensométrica se deforma, el valor de la resistencia cambia y el puente pierde el equilibrio, convirtiendo así los cambios en la presión de entrada en cambios en el voltaje de salida del puente de resistencia.
Cuarto, sensor de posición de la válvula
El sensor de posición del acelerador está instalado en el cuerpo del acelerador y convierte la apertura del acelerador en una salida de señal de voltaje para que la computadora pueda controlar la cantidad de inyección de combustible.
Existen dos tipos de sensores de posición del acelerador: salida conmutada y salida lineal.
(1), cambie el sensor de posición del acelerador
Este sensor de posición del acelerador es esencialmente un interruptor de transferencia, también llamado interruptor del acelerador. Este sensor de posición del acelerador incluye contactos móviles, contactos inactivos y contactos completos. El contacto de ralentí y el contacto de carga completa se pueden utilizar para detectar el estado de ralentí y el estado de carga pesada del motor. Generalmente, los contactos móviles se denominan contactos TL, los contactos descargados se denominan contactos IDL y los contactos completamente cargados se denominan contactos PSW. Se puede ver en el diagrama estructural que bajo la acción de la biela unida al acelerador, la leva puede girar y el contacto móvil puede moverse a lo largo de la ranura de la leva. El sensor de posición del acelerador tiene una estructura simple, pero su salida es discontinua.
Cuando la válvula de mariposa está completamente cerrada, el voltaje aumenta desde el terminal TL al terminal IDL y luego regresa al controlador electrónico. Cuando la señal se transmite de esta manera, el controlador electrónico sabe que el acelerador ahora está completamente cerrado. Cuando se pisa el pedal del acelerador y la apertura del acelerador es superior a cierta apertura, el voltaje se transmite desde el terminal TL al terminal PSW y luego al controlador electrónico. El controlador electrónico sabe que el acelerador ahora está abierto hasta cierto ángulo.
A continuación, déjame explicarte el impacto de la señal de ralentí y la señal de carga en la cantidad de inyección de combustible. Cuando se emite la señal IDL y la velocidad del motor excede la velocidad especificada, el suministro de combustible se interrumpe para evitar que el catalizador se sobrecaliente y ahorrar combustible. Cuando la señal IDL cambia de salida a ninguna salida, el controlador electrónico determina que la válvula del acelerador ha cambiado del estado completamente cerrado al estado abierto. Por supuesto, también determina que el vehículo está arrancando o reacelerando, por lo que lo hará. Acelere y enriquezca según el estado de calentamiento del motor. Aumente la cantidad de inyección de combustible para suministrar la mezcla rica necesaria para la aceleración.
Cuando la señal PSW ingresa al controlador electrónico, la función de enriquecimiento de salida se ejerce para aumentar la cantidad de inyección de combustible. Al conducir con una carga pesada, si no hay salida de señal PSW, no habrá efecto de enriquecimiento de salida y la potencia de salida del motor será ligeramente menor.
(2) Sensor lineal de posición del acelerador
El sensor lineal de posición del acelerador está instalado en el acelerador y puede detectar continuamente la apertura del acelerador. Consiste principalmente en un potenciómetro conectado a los contactos del acelerador y de ralentí. El contacto móvil del potenciómetro (es decir, el contacto de salida de apertura del acelerador) se desliza sobre la película resistiva junto con la apertura del acelerador, obteniendo así una salida de voltaje lineal en este contacto (terminal TTA) que es proporcional a la apertura del acelerador. Como se muestra en la imagen. Cuando la válvula del acelerador está completamente cerrada, otro contacto móvil vinculado a la válvula del acelerador se conecta al contacto IDL y el sensor emite una señal de ralentí. La señal de voltaje lineal emitida por la posición del acelerador se transmite a la computadora después de la conversión A/D.
Verbo (abreviatura de verbo) sensor de oxígeno
En los motores de inyección de gasolina que utilizan dispositivos de evolución catalítica de tres vías, generalmente se instala un sensor de oxígeno en el tubo de escape para detectar oxígeno en el escape. contenido de oxígeno, juzgando así indirectamente la concentración de la mezcla que ingresa al cilindro, controlando así la relación real de aire-combustible en un circuito cerrado. Cuando el contenido de oxígeno en los gases de escape es demasiado alto, significa que la mezcla es demasiado pobre y el sensor de oxígeno envía una señal eléctrica a la ECU para indicarle al inyector que aumente la cantidad de inyección de combustible. Cuando el contenido de oxígeno en los gases de escape es demasiado bajo, significa que la mezcla es demasiado rica. El sensor de oxígeno transmite inmediatamente esta información a la ECU e indica al inyector que reduzca el volumen de inyección. Hay dos tipos principales de sensores de oxígeno que se utilizan actualmente en los automóviles: sensores de oxígeno de dióxido de titanio y sensores de oxígeno de dióxido de circonio.
Principio de funcionamiento: el sensor de oxígeno se instala en el tubo de escape del motor y mide el contenido de oxígeno en los gases de escape. Es una batería que genera fuerza electromotriz en función de la diferencia en la concentración de oxígeno en la atmósfera y los gases de escape. Como se muestra en la figura, las superficies interior y exterior del electrolito cerámico están recubiertas con platino para formar electrodos. Cuando se inserta en el tubo de escape, su superficie exterior entra en contacto con los gases de escape y su superficie interior queda expuesta a la atmósfera. A temperaturas superiores a unos 300 grados, el electrolito cerámico se convierte en conductor de iones de oxígeno. Cuando la mezcla es fina, es decir, cuando el coeficiente de exceso de aire α > 1, el gas de escape contendrá una gran cantidad de oxígeno. La diferencia en la concentración de oxígeno entre las superficies interna y externa del electrolito cerámico es pequeña, y solo una. Se genera un pequeño voltaje. Pero cuando la mezcla es rica, es decir, cuando el coeficiente de exceso de aire α < 1, el contenido de oxígeno en los gases de escape es menor, acompañado de una gran cantidad de productos de combustión incompleta, como CO e hidrocarburos. Estos componentes pueden reaccionar con el oxígeno bajo la acción del catalizador, consumiendo el oxígeno restante en los gases de escape, provocando que la concentración de oxígeno en la superficie exterior del electrolito cerámico se acerque a cero, provocando la diferencia de concentración de oxígeno entre el interior y el exterior del El electrolito aumenta repentinamente y el voltaje de salida del sensor aumenta repentinamente, su valor tiende a 60.
Sexto, sensor de temperatura
Función: se utiliza para medir la temperatura del agua de refrigeración, la temperatura del aire de admisión y la temperatura de escape.
Tipo: Existen muchos tipos de sensores de temperatura, como termistores, semiconductores, termopares, etc.
El llamado termistor es una resistencia muy sensible a la temperatura. Cuando cambia la temperatura que actúa sobre esta resistencia, su resistencia cambiará con el cambio de temperatura. Entre ellos, los que aumentan con la temperatura se denominan termistores de coeficiente de temperatura positivo y los que disminuyen con la temperatura se denominan termistores de coeficiente de temperatura negativo.
El circuito de medición del sensor de temperatura termistor es relativamente sencillo. Siempre que el sensor y una resistencia de precisión estén conectados en serie a una fuente de alimentación estable, el cambio de temperatura puede reflejarse en la salida del divisor de voltaje de la resistencia en serie.