7/29/2019 Senzori Pe Auto

1/8

6. SENZORII ELECTRONICI DE PE AUTOMOBIL

n cei mai simpli termeni, senzorii electronici de pe automobil sunt dispozitive care oferunitii electronice centrale (UEC) informaiile necesare pentru a calcula, de exemplu, timpii de

aprindere i cantitatea de combustibil ce urmeaz a fi injectat n cilindrii.Dup cum era de ateptat, senzorii electronici sunt utili n variate circuite de control n

bucl deschis sau nchis, nu doar pe automobile. Cu toate acestea, principiul lor de operareeste similar, att n aplicaiile de tip automotive, ct i n alte tipuri de aplicaii. Datorit acestuifapt, modul de funcionare al fiecrui senzor va fi studiat n cele ce urmeaz ca principiu fizicgeneral, cu particularizare la UEC.

6.1Senzorul de vibraie (knock):

Termenul de knocking n contextul de fa reprezint combustia necontrolat nuntrulcilindrilor unui motor cu combustie intern. n acest caz, o parte a amestecului de aer icombustibil se aprinde n mod spontan, nu de la bujie, precum n cazul normal.

Fig.1 Senzorul de vibraii ncastrat n carcasa blocului motor

Rezultatul unei astfel de combustii necontrolate este apariia unei presiuni ce mpingepistonul n sensul invers cursei sale normale. Temperatura n interiorul cilindrului cretenecontrolat, spre valori maxime ce pot topi talpa pistonului. Un alt efect negativ ar putea fiexpansiunea pistonului dincolo de limitele normale datorit cldurii excesive produse, ceea ce arduce la frecarea acestuia de pereii cilindrului. n oricare din aceste dou cazuri, pistonul ar ceda,ceea ce ar duce la daune majore asupra motorului.

Senzorul de vibraie se bazeaz pe efectul piezo-electric, convertind vibraiile mecanicedin carcasa blocului motor n impulsuri electrice ce pot fi evaluate electronic de ctre UEC.Deformaia direcional a unui material piezo-electric duce la apariia unor dipoli microscopici

7/29/2019 Senzori Pe Auto

2/8

nuntrul celulelor elementare. Dac apar destui dipoli, schimbarea n concentraia de sarcineste msurabil ca tensiune.

Utilizarea senzorului de vibraie n automobil a mbuntit semnificativ alimentarea cucombustibil a motorului. Abilitatea de a muta momentul aprinderii ct mai aproape de momentul

exploziei mbuntete consumul de combustibil, nivelele de emisie de gaze, precum i putereai cuplul generate de motor.

Dac un sistem de control a motorului posed un senzor de vibraie, acesta poate fiadaptat automat la diverse tipuri de combustibil. Motoarele proiectate s funcioneze pecombustibil premium sunt deasemenea compatibile cu tipurile de combustibil obinuit, iarmotoarele ce utilizeaz combustibil cu cifr octanic ridicat pot funciona i cu combustibil

premium. Cu toate acestea, conversia combustibililor duce la o uoar cretere n consum(datorit ntrzierii aprute n momentul aprinderii), astfel c rentabilitatea conversiei estenesemnificativ.

Un singur senzor de vibraie este, de obicei, de ajuns pentru motoarele mici, dar pentrumotoarele cu mai mult de 4 cilindrii, cu cilindrii n V sau n configuraie Boxer, e nevoie de cel

puin doi senzori.

6.2Senzorul de presiune:

Un senzor de Presiune Absolut Variat (P.A.V.) msoar presiunea abslout ntr-o

conduct de aspirare n raport cu presiunea ambiental. Acest senzor este poziionat ntre clapetade acceleraie i valvele de admisie. Cnd clapeta de acceleraie este nchis, micarea n jos apistonului creeaz o presiune negativ puternic (presiune joas absolut) n conducta deaspirare. Cnd clapeta de acceleraie este deschis, aerul intr n conducta de aspirare astfel cvaloarea presiunii negative descrete (presiunea absolut crete). Prin urmare, presiunea absoluta conductei de aspirare este o msur a ncrcrii motorului.

Fig.2 Structura senzorului de presiune:

A Piezo-membrana elemetului de msur; B Camera de referin; C Conducta de conexiune afurtunului de msur; D Circuitul de evaluare (amplificarea semnalului);

7/29/2019 Senzori Pe Auto

3/8

E Furtunul conectat la conducta de msurare

Senzorul P.A.V. conine o piezo-membran din cristale de silicon. Pe suprafaa membraneisunt ataate traductoare tensometrice, dou n mijloc i dou pe margini.

Pe msur ce presiunea pe suprafaa membranei crete, aceasta se ndoaie, crescnd astfel

rezistena traductoarelor interioare i scznd-o pe cea a traductoarelor exterioare. Un circuitintern de evaluare (punte), integrat n senzor, i modific proporional tensiunea de ieire ntre0,2 i 4,3 V.

n cazul motoarelor care nu sunt supra-alimentate, presiunea variaz ntre valori mult maimici de 1 bar pn la aproape 1 bar; n cazul motoarelor turbo, supra-presiunea poate atingevalori de 2 bari.

Senzorii de presiune sunt din ce n ce mai des utilizai n automobile, cu o distincie clarntre senzorii de supra-presiune i cei de sub-presiune. Cei dinti sunt folosii pentru msurareasupra-presiunii la motoarele turbo, a presiunii atmosferice, a presiunii n roi i a presiunii

combustibilului n cazul motoarelor diesel cu injecie direct. Dei aceti senzori sunt proiectais msoare ntr-o plaj larg de valori ale presiunii, ei funcioneaz pe baza aceluiai principiu.

6.3Debitmetrul de aer:

Un debitmetru de aer msoar cantitatea de aer ce trece prin conducta de admisie nunitatea de timp. Deoarece cantitatea de oxigen din fluxul de aer este proporional cu debitul

msurat, aceast variabil poate fi utilizat pentru controlul procesului de combustie, n specialla motoarele cu combustie intern.

Fig.3 Structura debitmetrului de aer (stnga) i principiul de funcionare (dreapta):A Conexiuni electrice; B Carcasa; C Admisia de aer; D Elementul de msur

Debitmetrul este intalat ntre filtrul de aer i conducta de admisie a motorului. n acest

fel, aerul necesar amestecului inflamabil trece prin debitmetru. Informaia despre debitul deadmisie a aerului etse transmis ctre UEC, unde va fi calculat cantitatea de combustibil ce

7/29/2019 Senzori Pe Auto

4/8

trebuie injectat n amestec. Motoarele care nu utilizeaz debitmetre de aer folosesc un senzorde tip P.A.V.

Motoarele automobilelor sunt utilizate cu debitmetre cu plac filmat. n acest caz, osuprafa de msur (partea filmat) este nclzit pn la o valoare prescris a temperaturii. n

momentul n care aerul trece pe deasupra suprafeei, aceasta este rcit, pentru ca, mai apoi,circuitul intern al senzorului (punte Wheatstone) s re-nclzeasc placa filmat pn latemperatura prescris.

Valoarea curentului necesar pentru re-nclzirea filmului indic valoarea debitului de aer ce atrecut prin senzor. Aceast valoare a curentului este convertit de circuitele electronice aledebitmetrului ntr-o valoare a tensiunii de ieire.

Avantaje: Reacie rapid

Acuratee ridicat a msurrii debitului, n special pentru nivele joase (0 1 m/s)

IeftinDezavantaje:

Se poate murdri Expus la deteriorri de ordin mecanic

Pentru a evita deteriorarea mecanic sau murdrirea senzorului, doar o parte a debitului deaer necesar motorului este trecut prin debitmetru.

6.4Senzorul Hall:

Descoperit de ctre Edwin Hall n 1879, efectul Hall se refer la apariia unui cmpelectric n momentul n care un conductor parcurs de curent electric se afl ntr-un cmpmagnetic staionar. Vectorul de tensiune perpendicular pe direcia curentului i pe direcia deorientare a cmpului magnetic se numete tensiune Hall (UH).

Fig.4 Structura senzorului Hall:1 - Curea rotativ ntr-un distributor cu 4 sectoare; 2 Magnet permanent; 3 Senzor Hall

7/29/2019 Senzori Pe Auto

5/8

n cazul n care senzorul Hall este plasat pe arborele cu came, scopul su este de a identificaprimul cilindru (la nceputul injeciei de combustibil, controlul vibraiilor, controlul aprinderii)n coordonare cu senzorul plasat pe arborele cotit. Pe de alt parte, senzorul Hall poate oferiurmtoarele informaii:

Viteza de ieire a curelei de transmisie Detectarea activ a vitezei n cadrul sistemelor de tip ABS nregistrarea parametrilor aprinderiin cele ce urmeaz, va fi prezentat principiul de funcionare al senzorului Hall plasat pe

arborele cu came. Un rotor alctuit dintr-un material magnetic este plasat pe acelai ax cuarborele cu came, rotindu-se odat cu acesta. Circuitul integrat de tip Hall este plasat ntre rotori un magnet permanent. Dac un semn (de exemplu, un dinte de pe roat) trece prin dreptulelementului de msur (plac semiconductoare) a senzorului de pe arbore, intensitatea cmpuluimagnetic perpendicular pe elementul Hall se modific, ceea ce va duce la apariia unei tensiuniHall n senzor.

Cu toate acestea, aceast tensiune este foarte mic, de ordinul milivolilor. Senzorul conineun circuit integrat de evaluare ce proceseaz impulsurile i le trimite sub form de semnaledreptunghiulare ctre UEC.

Spre deosebire de cazul senzorului inductiv, tensiunea semnalului nu depinde de vitezarelativ a senzorului i a rotorului (respectiv a motorului).

6.5Senzorul inductiv:

Aa cum numele su sugereaz, un senzor inductiv funcioneaz pe principiul induciei,conform cruia o tensiune este generat ntr-o nfurare care se mic n raport cu un cmpmagnetic ce o nconjoar.

Fig.5 Principiul de funcionare al senzorului inductiv (stnga) i structura acestuia (dreapta):A Conexiuni electrice; B nfurare; C Magnet permanent; D Miez moale de fier

7/29/2019 Senzori Pe Auto

6/8

Senzorii inductivi sunt utilizai pentru: Msurarea vitezei (la arborele cotit, cutia de viteze sau n sistemele ABS)

Determinarea poziiei arborelui cotit

Generarea pulsurilor pentru aprindere

Ca senzor pentru arborele cotit, cu scopul de a msura viteza motorului, senzorul inductiveste compus dintr-un magnet permanent i o bobin (nfurare de inducie) cu miez moale defier. Generatorul de pulsuri este alctuit dintr-o roat dinat montat pe volant, pe arborele cotitsau pe roata de transmisie, doar un ntrefier redus desprind-o de senzorul inductiv.

Fulxul magnetic prin nfurare depinde de care parte a roii dinate se gsete n faasenzorului. Dac dintele se gsete n acea poziie, cmpul magnetic este concentrat, puternic, ntimp ce pentru slbirea cmpului, e necesar ca un spaiu dintre doi dini s se afle n dreptulsenzorului.

Cnd arborele cotit i roata dinat se rotesc, fiecare trecere a oricrui dinte prin faasenzorului modific valoarea cmpului magnetic, inducnd o tensiune n nfurare. Numrul

pulsurilor n unitatea de timp dau valoarea vitezei motorului. Rolul spaiilor dintre dinii roiieste de a ajuta UEC s identifice poziia instantanee a motorului.

6.6 Clapeta de acceleraie:

Unitatea de comutaie a clapetei de acceleraie servete la a oferi informaii despre

setrile clapetei i este montat direct pe axa acesteia. Setrile acceleratorului sunt transmisectre UEC i sunt folosite la calculul necesarului de combustibil.

Fig.6 Structura unitii de comutaie a clapetei de acceleraie:1 Axa clapetei de acceleraie; 2 Contactul de relanti (micro-comutator); 3 Contactul de ncrcare

maxim

Unitatea de comutaie conine dou comutatoare acionate cu ajutorul unui schimbtor.

Ambele comutatoare ofer UEC informaii despre starea de relanti a motorului i despre starea

7/29/2019 Senzori Pe Auto

7/8

de ncrcare maxim pentru a calcula precis unghiul de aprindere i cantitatea necesar decombustibil.

La relanti, unitatea de comutaie se comport n felul urmtor: permite ntrerupereaalimentrii cu combustibil n timpul auto-propulsrii, reducnd semnificativ consumul la

motoarele pe injecie n comparaie cu motoarele cu carburator. Cnd automobilul se afl nmodul de auto-propulsare (rulnd sub propriul impuls, cu pedala de gaz nchis), comutatorulanun UEC c acceleratorul este nchis, astfel nct UEC s opreasc injecia de carburant la ovitez a motorului peste 1800 rpm; cnd viteza motorului scade sub 1200 rpm, injecia decarburant este reluat pentru a preveni blocarea motorului. Valorile pragului de vitez depind desistemul de injecie al combustibilului.

n cazul ncrcrii totale, unitatea de comutaie anun UEC de acest fapt, astfel ca UECs mbunteasc amestecul de combustibil pentru a asigura o accelerare lin.

Poteniometrul clapetei de acceleraie ndeplinete aceeai funcie ca i unitatea decomutaie prezentat mai sus. Abilitatea de a determina mult mai precis setrile curente aleclapetei este o mbuntire fa de unitatea de comutaie. Mai mult, poteniometrul ofer UEC iinformaii despre frecvena cu care clapeta este deschis/nchis prin acionarea pedalei deacceleraie de ctre ofer. Aceast informaie permite UEC s ajusteze procentajul de carburantdin amestecul combustibil mult mai precis dect cu informaii obinute de la unitatea decomutaie.

Fig.7 Principiul de funcionare (stnga) i structura poteniometrului clapetei de acceleraie:

1 Pista poteniometrului; 2 Contactul alunector; 3 +5V; 4 Semnal; 5 Masa

Poteniometrul este, din punct de vedere constructiv, o rezisten variabil ce conine uncontact alunector ce poate fi mutat de-a lungul unei piste. Contactul este legat la arboreleclapetei, astfel c o schimbare n poziia contactului modific setrile clapetei.

Conform cu legea lui Ohm, tensiunea de 5 V aplicat cade n ntregime pe toat lungimeapistei. n alte cuvinte, la pinul de semnal (ieire) sunt 5 V n cazul n care contactul alunector segsete la limita din stnga, 0 V dac se afl la limita din dreapta i 2,5 V dac el se gsete lamijlocul pistei.

7/29/2019 Senzori Pe Auto

8/8

n practic, limitele maxim i minim sunt restricionate la valorile de 4,3 V, respectivde 0,7 V, n funcie de design. Restriciile au rolul de a facilita identificarea scurt-circuitelor i antreruperilor liniilor de semnal.

Pentru calculul sarcinii, semnalul de la ieirea poteniometrului este folosit mpreun cu

semnalul primit de la sonda lambda n cazul injeciei printr-un singur punct, i mpreun cusemnalul de la debitmetru sau de la senzorul de presiune absolut n cazul motoarelor cu injeciemulti-punct.

n sistemele ce incorporeaz o funcie de accelerare electronic (E-gaz), semnalulpoteniometrului este utilizat pentru controlul n bucl nchis n legtur cu servomotorul ceacioneaz clapeta de acceleraie.

Este important pentru poteniometru s ofere un semnal continuu, fr ntreruperi. Pemsur ce acesta se uzeaz, pista se deterioreaz, ceea ce poate duce la transmiterea de semnaleeronate ce nu pot fi interpretate ca atare n timpul auto-diagnosticrii. Acest lucru se ntmpl

cnd o citire a unei tensiuni n limite normale este posibil dei semnalul nu este prezent.

6.7Senzorii de temperatur de tip NTC i PTC:

Termistoarele (NTC, PTC, KTY) i modific valoarea rezistenei n funcie detemperatur. Ele se fabric la caracteristici de temperatur standardizate, respectiv legturadintre valoarea rezistenei la un moment dat i temperatura sunt cunoscute. Drept urmare, cnd

se tie valoarea rezistenei, valoarea temperaturii poate fi determinat.n automobilele moderne, tipurile cele mai des ntlnite de termistoare sunt PTC (PositiveTemperature Coefficient) i NTC (Negative Temperature Coefficient).

Senzorii de tip PTC i modific rezistena (aceasta crete) odat cu cretereatemperaturii, pe o caracteristic exponenial, astfel c la temperaturi joase, variaia acesteia numodific semnificativ variaia rezistenei, pe cnd la temperaturi nalte, senzorul de tip PTC estemult mai sensibil la variaiile de temperatur. Aceast caracteristic l recomand pentru locuriledin automobil unde temperatura ambiental este mereu ridicat, ca de exemplu la evacuareagazelor.

Senzorii de tip NTC i modific valoarea rezistenei (aceasta scade) odat cu cretereatemperaturii. Valoarea rezistenei scade exponenial, n mod invers ca la senzorii PTC, astfel cla temperaturi normale valoarea rezistenei scade rapid, n timp ce la valori ridicate, variaia estenesemnificativ. Aceast caracteristic recomand senzorul NTC pentru aplicaii undetemperatura nu variaz mult de la valoarea ambiental, precum la aerul condiionat sau lamsurarea temperaturii exterioare.