Все основные датчики автомобиля: типы, параметры и диагностика

Датчик дождя в автомобиле

Место установки: интегрирован вместе с датчиком освещенности в один блок, расположенный за ветровым стеклом в области действия стеклоочистителей, недалеко от внутреннего зеркала.

Физический принцип действия: передача и прием инфракрасного излучения. Назначение/принцип действия: измеряет количество осадков, попавших на ветровое стекло. Если регистрируется определенное количество осадков на ветровом стекле, то с помощью алгоритма расчета в модуле автоматического управления наружным освещением или GEM генерируется цифровой частотно модулированный сигнал на включение стеклоочистителей. Напряжение питания примерно 12 В. Тип сигнала: цифровой код. При неисправности заносится код ошибки.

Диоды-излучатели (светодиоды) выдают инфракрасное излучение, проходящее через ветровое стекло и отражающееся его внешней стороной. Диоды-приемники (фотодиоды) регистрируют интенсивность отраженного излучения.

Угол, под которым направлено излучение, выбран так, что при отсутствии дождя внешней стороной стекла (граница стекла и воздуха) отражается 100% излучения. При сухой поверхности стекла инфракрасное излучение доходит до диода-приемника практически без уменьшения интенсивности (полное отражение).

При мокром стекле инфракрасное излучение поглощается каплями воды и доходит до диода-приемника только частично (частичное отражение). Зарегистрированная интенсивность излучения зависит от интенсивности дождя, т. к. дождевые капли частично препятствуют отражению от поверхности стекла. Чем более влажным становится стекло, тем ниже процент отражения.

Доля отраженного света является управляющей величиной для интервального таймера стеклоочистителей. С ее помощью сенсор дождя регулирует в зависимости от «измеренного» количества осадков скорость стеклоочистителя.

Датчик дождя не поддается диагностике.

Если во время работы стеклоочистителей регистрируется неисправность, стеклоочистители продолжают работать с последней установленной скоростью.

В некоторых автомобилях при выполнении перечисленных ниже условий производится автоматическая калибровка сенсора:

1. В старых моделях после включения автоматического режима стеклоочистителя происходит инициализация, при которой стеклоочистители один раз приводятся в действие. Таким образом определяется фактическое состояние наружной поверхности стекла (например, потертости стекла от мелких камней и песка) или возможное стойкое (не удаляемое щетками) загрязнение рабочей зоны, которые учитываются при дальнейшей работе.
2. В новых моделях автоматическая калибровка выполняется, только если выключатель стеклоочистителя перед включением зажигания находился не в положении автоматического режима.

В зависимости от автомобиля и оснащения можно настроить чувствительность сенсора дождя. Соответствующие указания содержатся в руководстве по эксплуатации.

В автомобилях с отражающим инфракрасное излучение ветровым стеклом «Solar Reflect» (атермальное стекло) установлен модуль сенсора освещенности/дождя, учитывающий покрытие стекла. Такой модуль нельзя заменять модулем для автомобилей без отражающего инфракрасное излучение ветрового стекла, т. к. при этом не будет обеспечена корректная работа сенсора дождя.

Датчик массового расхода (maf)

Место установки во впускном тракте, за воздушным фильтром. Физический принцип действия: термоанемометрический расходомер воздуха с проволочным элементом или термоанемометрический горячепленочный расходомер воздуха. MAF измеряет массу поступающего в автомобильный двигатель воздуха.

Принцип действия расходомера воздуха с проволочным элементом MAF: поток воздуха проходит через трубку Вентури, находящуюся в корпусе MAF.

Возникающее в трубке разрежение вызывает подсос определенного количества воздуха через обходной канал.

В обходном канале находится проволочный нагревательный элемент и резистор температурной компенсации. Датчик температуры воздуха измеряет температуру проходящего воздуха, который охлаждает проволочный нагревательный элемент.

Блок управления подает на проволоку определенный ток для поддержания постоянной разницы температур проволоки и потока воздуха. При этом способе измерения учитывается плотность воздуха, т. к. от неё зависит величина теплопередачи от проволоки к охлаждающему её воздуху.

Ток нагрева проволочного элемента является, таким образом, мерой массового расхода воздуха. На основе этого тока в блоке обработки датчика генерируется пропорциональный массовому расходу воздуха сигнал напряжения, который передается на PCM. Здесь существует следующая закономерность:

• малый массовый расход воздуха – низкое напряжение (примерно 0,5 В);
• большой массовый расход воздуха – высокое напряжение (примерно 5 В).

Принцип действия пленочного расходомера воздуха MAF: в зависимости от стратегии управления двигателем пленочный расходомер воздуха MAF может быть аналоговым или цифровым.

Пленочный расходомер воздуха MAF способен распознавать направление потока воздуха. Для этого на поверхности кристалла выполнены два элемента измерения температуры, каждый из которых нагревается от электрического нагревательного элемента и охлаждается потоком воздуха.

Блок управления подает на нагревательный элемент такой ток, чтобы поддерживать постоянную разницу между температурами нагревательного элемента и потока воздуха.

На основании сигналов обоих элементов измерения температуры можно определить как массовый расход воздуха, так и направление потока. Поэтому даже при сильных пульсациях потока воздуха можно точно рассчитать массовый расход воздуха.

Направление потока определяется при сравнении значений температур измерительных элементов (первый по отношению к набегающему потоку элемент охлаждается сильнее, т. е. его температура меньше).

Напряжение питания (некоторые варианты) примерно 12 В или опорное напряжение примерно 5 В. Тип сигнала: постоянное напряжение: 0,5 – 4,75 В или частота 700– 10000 Гц.

Вывод сигнала MAF в регистраторе данных зависит от варианта автомобиля. Данные могут выводиться в вольтах (В) и в граммах за секунду (г/с). Выданное расходомером MAF значение зависит от модификации системы впуска, а также от рабочего объема двигателя машины.

Значение сигнала аналогового MAF при максимальном ускорении и полной нагрузке на 3 передаче должно превышать 4 В.

Цифровой MAF: частота изменяется с ростом частоты вращения и расхода воздуха.. Кроме того, массовый расход воздуха и сигнал сенсора зависит от конструкции впускного тракта.

Значение сигнала цифрового MAF при максимальном ускорении на 3-ей передаче примерно 120 – 150 г/сек. В некоторых автомобилях значения расхода воздуха отображаются в кг/час.

В новые расходомеры MAF встроен датчик IAT. Он предназначен, в основном, для коррекции сигнала MAF. В результате обеспечивается более точное измерение массового расхода воздуха. Физический принцип работы, а также способы проверки те же, что и у отдельного датчика IAT.

В некоторых автомобилях после замены расходомера MAF требуется выполнить сброс параметров в модуле управления с помощью диагностического прибора. Необходимые указания содержатся в актуальной литературе для станций технического обслуживания.

Датчик положения распределительного вала (cmp)

Место установки в головке блока цилиндров, в зависимости от положения задающего ротора. Существуют следующие типы задающих роторов: задающий ротор с выступом на распределительном вале и задающий ротор на зубчатом шкиве распределительного вала.

Физический принцип действия: эффект Холла или индуктивный. Служит для распознавания положения ВМТ первого цилиндра для определения последовательности впрыска.

CMP улавливает перемещение одного или нескольких выступов на распределительном вале или изменение положения задающего ротора на зубчатом шкиве распределительного вала. Количество сигналов и расстояния между сигналами зависит от типа системы впрыска и от соответствующей стратегии управления двигателем.

Опорное напряжение: индуктивный зонд примерно 5 В / 12 В; датчик Холла 12 В. Тип сигнала: синусоидальный (индуктивный); прямоугольной формы (эффект Холла). Сопротивление индуктивного сенсора 200 – 900 кОм. Частота сигнала зависит от скорости вращения.

Диагностика DTC не для всех систем – зависит от программного обеспечения. Проверяется направленной диагностикой (при наличии), цифровым мультиметром DMM (индуктивный зонд) и осциллографом. На рисунке ниже индуктивный сигнал системы последовательного впрыска во впускной коллектор на холостом ходу на осциллографе.

Частота и амплитуда сигнала индуктивного CMP растет пропорционально увеличению частоты вращения распределительного вала. Таким образом, надежный сигнал можно получить только начиная с определенной частоты вращения распределительного вала (частоты вращения коленчатого вала двигателя). Этот тип CMP используется преимущественно в системах последовательного впрыска бензина во впускной коллектор.

Последовательный впрыск во впускной коллектор производится, когда частота вращения коленчатого вала двигателя достигает 400 — 600 об/мин. Для распознавания положения ВМТ первого цилиндра в этих системах используется контрольный выступ, проходящий возле датчика CMP за один рабочий цикл (два оборота коленчатого вала).

Напряжение прямоугольного сигнала (эффект Холла) генерируется не независимо от частоты вращения. При увеличении/уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя изменяется только частота сигнала. На рисунке ниже сигнал Холла в системе прямого (непосредственного) впрыска бензина на холостом ходу на осциллографе.

CMP на основе эффекта Холла в основном используются в двигателях с прямым (непосредственным) впрыском топлива. Использование этого типа сенсоров обусловлено возможностью однозначного и быстрого определения последовательности впрыска при запуске с относительно низкой частотой вращения коленчатого вала (в дизельных двигателях Common-Rail 250 – 300 об/мин).

В зависимости от стратегии управления двигателем для распознавания цилиндра может предусматриваться один или несколько выступов на распределительном вале/задающем роторе. Последовательность сигналов зависит от размеров выступа (выступов) (в зависимости от сигнала CMP), а также, от стратегии управления двигателем.

Датчик температуры воздуха на впуске (iat)

Место установки во впускном тракте – на корпусе воздушного фильтра или за ним. Это зависит от конструкции автомобиля. Физический принцип действия NTC-резистор. IAT измеряет текущую температуру воздуха на впуске.

В зависимости от температуры воздуха на впуске изменяется сопротивление, а следовательно, падение напряжения на измерительном элементе.

Рабочий диапазон: опорное напряжение примерно 5 вольт. Тип сигнала – постоянное напряжение: 0,2 – 4,5 вольт.

При неисправности заносится код ошибки (DTC). Проверяется направленной диагностикой (при наличии) и цифровым мультиметром DMM. Параметры температуры отображаются в регистраторе данных.

IAT часто интегрирован в следующие узлы: в датчик MAF (массовый расход воздуха) (в этом случае обозначается как MAFT (массовый расход и температура воздуха)) и в датчик MAP (абсолютное давление в коллекторе) (в этом случае обозначается как MAPT (температура и абсолютное давление во впускном коллекторе)).

Свойства интегрированного IAT идентичны свойствам отдельного зонда IAT. В некоторых системах сигнал IAT используется также для расчета температуры электролита аккумуляторной батареи.

Датчик температуры отработавших газов

Место установки зонда в системе выпуска ОГ перед катализатором или за ним. В автомобилях с турбонаддувом устанавливается рядом с турбонагнетателем в обратном или выпускном трубопроводе.

Физический принцип действия: PTC (положительный температурный коэффициент) резистор или NTC (отрицательный температурный коэффициент) резистор.

Назначение/принцип действия: измеряет температуру отработавших газов. В зависимости от температуры отработавших газов изменяется сопротивление, а следовательно, падение напряжения на зонде.

Рабочий диапазон: опорное напряжение примерно 5 вольт. Тип сигнала: постоянное напряжение: 0,2 – 4,8 В.

При неисправности заносится код ошибки (DTC). Проверяется направленной диагностикой (при наличии) и цифровым мультиметром DMM. Параметры температуры отображаются в регистраторе данных.

Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (ect) и температуры головки блока (cht)

Место установки датчика ECT в малом контуре охлаждающей жидкости двигателя автомобиля. Датчик CHT установлен на головке блока цилиндров.

Физический принцип действия: NTC-резистор. ECT/CHT измеряет температуру охлаждающей жидкости или соответственно температуру головки блока цилиндров.

В зависимости от температуры охлаждающей жидкости или температуры головки блока изменяется сопротивление, а следовательно, падение напряжения на зонде.

Опорное напряжение примерно 5 В. Тип сигнала: постоянное напряжение. При неисправности заносится код ошибки DTC. Проверяется направленной диагностикой (при наличии) и цифровым мультиметром DMM. Параметры температуры отображаются в регистраторе данных.

Номинальные параметры датчика температуры охлаждающей жидкости ECT-/CHT в системах Visteon

ПРИМЕЧАНИЕ: Для датчиков CHT при измерениях с помощью регистратора данных после «скачка напряжения» (подключения второго сопротивления) выдаются другие значения.

Сигнал CHT недостаточно точен при высоких температурах, т. е. он не обеспечивает точной работы во всем диапазоне измерений.

Для компенсации этого эффекта характеристическая кривая температуры сдвигается путем подключения второго сопротивления непосредственно в модуле PCM. Температура подключения и отключения второго сопротивления определяется стратегией управления двигателем (программой).

Температуры включения/отключения второго сопротивления могут быть смещены друг относительно друга (гистерезис). Это делается для того, чтобы предотвратить постоянное включение/отключение второго сопротивления при длительной работе двигателя с соответствующей моменту переключения температурой ОЖ. Пример:

1. Системы Visteon (дизельный двигатель): температура включения: 78 °C, температура отключения: 62 °C;
2. Системы Siemens (дизельный двигатель): температура включения: 85 °C, температура отключения: 80 °C.

Датчик частоты вращения колеса

Место установки на корпусах ступичных подшипников передних и задних колес. Физический принцип действия: индуктивный (пассивный) или магниторезистивный (активный).

Назначение/принцип действия: измеряют частоту вращения отдельных колес. В зависимости от принципа работы генерируется сигнал переменного напряжения (индуктивный) или сигнал PWM с постоянной частотой (магниторезистивный).

При индуктивном принципе: частота, а также амплитуда сигнала увеличиваются пропорционально росту частоты вращения колеса..При магниторезистивном: пропорционально росту частоты вращения колеса увеличивается только скважность сигнала PWM.

Напряжение питания 11,3 – 11,5 В. Сопротивление 0,9 – 1,4 кОм (индуктивный датчик). При неисправности заносится код ошибки (DTC). Проверяется направленной диагностикой (при наличии),цифровым мультиметром DMM (индуктивный сенсор) и осциллографом. Сигнал отображается в регистраторе данных.

В регистраторе данных рекомендуется отображать сигналы в виде гистограммы. В этом случае при прямолинейном движении у столбиков сигналов всех четырех сенсоров должна быть одинаковая длина.

Если один сигнал (или несколько сигналов) заметно отличается, то, возможно, в цепи этого сенсора возникла ошибка.

С конца 90-х годов широко применяются так называемые активные (магниторезистивные) сенсоры частоты вращения колеса. В отличие от индуктивных сенсоров они способны регистрировать частоту вращения, начиная с состояния покоя, что необходимо, например, для антипробуксовочных систем в момент начала движения.

Активный сенсор колеса состоит из двух магниторезистивных сопротивлений, которые соединены с двумя постоянными сопротивлениями по мостовой схеме (измерительный мост Витстоуна).

Благодаря такой схеме удается компенсировать влияние температуры и процессов старения на сигнал вращения колеса. Измерительный мост находится в непосредственной близости от задающего ротора, состоящего из постоянных магнитов с чередующейся полярностью.

Задающий ротор жестко соединен со ступицей или внутренним кольцом ступичного подшипника и вращается с частотой вращения колеса. В сенсор встроен блок обработки результатов измерений, который преобразует полученный в результате измерения синусоидальный сигнал в сигнал PWM с постоянной частотой.

Для работы необходимо подать напряжение питания, для этого на сенсоре есть два электрических контакта. Сигнал генерируется из тока, проходящего через сенсор. Ток большой силы (примерно 14 мА) интерпретируется модулем ABS/системы поддержания курсовой устойчивости как сигнал высокого уровня, ток малой силы (примерно 7 мА) как сигнал низкого уровня.

Чтобы модуль ABS/системы поддержания курсовой устойчивости мог правильно обработать сигнал пассивного зонда частоты вращения колеса (индуктивный), необходима достаточная амплитуда сигнала. Это означает, что пригодный к использованию сигнал может быть сгенерирован только начиная с некоторой минимальной скорости (примерно 5 — 7 км/ч, в зависимости от системы).

Как активный, так и пассивный сенсор частоты вращения колеса не изнашивается. В связи с использованием постоянных магнитов на сенсорах и задающих роторах могут оседать металлические частицы, например, частицы, образующиеся в процессе износа тормозных колодок.

Неисправности и проверка работоспособности

Практика эксплуатации МАП сенсора показывает, что нарушение его работоспособности нередко связано с неправильным монтажом. Необходимо понимать, что устанавливать прибор следует в точке, находящейся выше входного коллектора, а также рампы газового распределителя и фильтра тонкой очистки, к низу разъёмом (фишкой). Это исключает скопление пара, загрязнений и конденсата в корпусе датчика, повышает надёжность, корректность его работы.

Первыми признаками того, что МАП сенсор вышел из строя, являются:

• произвольный переход с газа на бензин и обратно;
• машина отказывается переходить на газ;
• «плавающие обороты» на холостом ходу;
• рывки при резком нажатии на акселератор;
• потеря приемистости;
• повышенный расход газа.

Помимо субъективной оценки можно применить «научный» подход с использованием вольтметра (для измерения напряжения) и медицинского шприца (для создания вакуума). Однако вряд ли найдётся много желающих утруждать себя подобным экспериментом.

Самый точный метод проверить работоспособность прибора (по давлению) — с помощью сервисного диагностического оборудования.

Чаще всего причиной неполадки является пробой датчика давления, он перестаёт фиксировать изменение давления газа. Однако и датчик разрежения может дать сбой, например в том случае, если перепутаны шланги давления и разрежения. Но есть производители, которые объединяют эти датчики для управления одним контроллером, тогда подключить шланги к map sensor можно в любом порядке.

Замена вакуумного тройника (ремкомплекта) МАП-сенсора

Другой причиной может стать окисление проводов или утечка газа из-за износа резиновых уплотнителей (колец), потеря герметичности пластикового штуцера-тройника. Дефект не сложно обнаружить путём визуального контроля, а также исправить (в продаже имеется ремкомплект).

Большинство автомобилистов при возникновении малейших проблем с нормальной работой ГБО 4 поколения не стремятся проверить мап сенсор, а торопятся его поменять. В то же время во многих случаях есть реальная возможность «реанимировать» этот прибор, после чего он способен успешно проработать не один год. Таким образом, можно сэкономить порядка 3 тыс. рублей. Стоит ли игра свеч, каждый решает сам.

Планарный (с пластинчатым чувствительным элементом) широкополосный лямбда-зонд ho2s

Планарный широкополосный лямбда-зонд позволяет выполнять измерения в отработавших газах, не соответствующих стехиометрическому соотношению (лямбда = 1).

Широкополосный HO2S может измерять коэффициент избытка воздуха лямбда в диапазоне 0,7 – 2,8, причем он выдает однозначный, непрерывный сигнал тока (так называемый ток накачки – ток, потребляемый элементом кислородной накачки, об этом см. ниже).

Это свойство широкополосного лямбда-зонда HO2S позволяет использовать его не только в системах управления бензиновых двигателей, работающих на почти стехиометрической (ни бедной, ни богатой) смеси (лямбда = 1), но и в системах управления бензиновых двигателей, работающих на обедненных смесях (лямбда > 1).

Пример: планарный широкополосный лямбда-зонд HO2S в системе прямого (непосредственного) впрыска бензина.

Широкополосный HO2S состоит из гальванического элемента Нернста и элемента кислородной накачки, транспортирующего ионы кислорода. Между элементом кислородной накачки и гальваническим элементом Нернста есть диффузионный зазор, в который поступают отработавшие газы. Он является областью измерения.

Гальванический элемент Нернста с одной стороны связан каналом с наружным воздухом, а с другой стороны с областью измерения. Он работает как обычный триггерный лямбда-зонд, выдавая сигнал, соответствующий коэффициенту избытка воздуха в области измерения.

В область измерения организовывается такой приток ионов кислорода, чтобы коэффициент избытка воздуха лямбда в ней был равен 1 (это делается с помощью элемента кислородной накачки).

Электронный блок, запитываемый опорным напряжением, анализирует создаваемую гальваническим элементом разность потенциалов и управляет током накачки ионов кислорода с целью поддержания этой разности потенциалов на определенном неизменном уровне. Генерируемая таким образом величина тока накачки и является выходным сигналом лямбда-зонда, по которому судят о концентрации кислорода в отработавших газах.

При наличии отработавших газов с большим содержанием кислорода (работа двигателя на бедных смесях) основной элемент кислородной накачки управляется таким образом, что он откачивает ионы кислорода из области измерения. Управление осуществляет электронный блок; направление тока при этом положительное.

При наличии отработавших газов с малым содержанием кислорода (работа двигателя на богатых смесях) элемент кислородной накачки управляется таким образом, что он накачивает ионы кислорода в измерительное пространство (электрический ток в обратную сторону). Управление осуществляет электронный блок; направление тока при этом отрицательное.

По току накачки однозначно определяется состав смеси. Коэффициенту избытка воздуха лямбда = 1 (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива) соответствует ток накачки 0 мА.

Напряжение питания нагревательного элемента примерно 11 – 14 В. Сопротивление для нагревательного элемента лямбда-зонда при 20 °C составляет 2,4 – 4,1 Ом. Ток/тип сигнала: аналоговый сигнал постоянного тока, мА.

При неисправности заносится код ошибки (DTC). Проверяется направленной диагностикой (при наличии) и цифровым мультиметром (аналоговая индикация). В регистраторе данных отображается только значение лямбда широкополосного HO2S.

Подключение к arduino

Как упоминалось ранее, резистивный датчик давления – это своего рода переменный резистор, средний вывод которого открыт для физического воздействия. На практике это утверждение можно проверить с помощью обычного мультиметра, выставленного в режим измерения сопротивления.

Рисунок №4 – проверка работоспособности датчика

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что для подключения данного сенсора к плате Arduino, будет разумно воспользоваться схемой, построенной по принципу резистивного делителя напряжения. Её суть сводиться к тому, что между плюсом и минусом питания включаются два последовательно соединённых резистора, а сигнал снимается со средней точки.

При этом один резистор имеет постоянное сопротивление, а второй – может его изменять (как наш исследуемый датчик). Подобрав нужные параметры на выходе средней точки можно получить диапазон напряжений от 0В до напряжения питания. Остаётся только измерить это напряжение, например с помощью аналогового входа платы Arduino, и путём анализа данных сделать выводы о степени нажатия.

Рисунок №5 – схема делителя напряжения 

Как видно из схемы, сенсор давления включен в нижнее плечо делителя и обозначен как R2, в то время как R1 – это обычный постоянный резистор. Разрешение АЦП микроконтроллеров AVR, входящих в стандартную линейку плат Arduino, составляет 10 бит.

Это значит, что в диапазоне от 0В до 5В мы сможем получить 210 или 1023 дискретных уровня. Т.е. Arduino способна фиксировать изменения напряжения на каждые 5/1023=0,0049В
или 4,9мВ. Это вполне приемлемо для использования данной концепции.

На рисунке №6 показан пример подключения резистивного датчика давления к плате ArduinoNano по схеме делителя напряжения.

Рисунок №6 – схема подключения датчика к плате ArduinoNano

Ниже приведен код программы, позволяющий выводить значения АЦП и напряжения средней точки резистивного делителя в окно терминала. Эти цифры будут уменьшаться с ростом давления на датчик и увеличиваться по мере сбавления натиска.

void setup() {
// Инициализируем серийный порт для вывода информации в терминал
Serial.begin(9600);
 // Источник опорного напряжения для АЦП равен напряжению питания или 5В
analogReference(DEFAULT);
}
void loop() {
// Считываем показания АЦП в переменную
uint16_t adc = analogRead(7);
// Вычисляем напряжение на средней точке резистивного делителя
float Uout = float(adc) * 5.0 / 1023.0;
// Выводим информацию в терминал
Serial.print("ADC="); Serial.print(adc); Serial.print(" Uout="); Serial.print(Uout, 4); Serial.println("V");
delay(1000);
}

На рисунке №7 показан результат работы программы.

Рисунок №7 – Результат опроса резистивного датчика давления 

Вышеприведенный рисунок иллюстрирует поведение датчика при плавном нажатии на его чувствительный элемент и последующем плавном отпускании. Как видно из полученных значений, охватывается весь диапазон от 0В до 5В.

Электрические датчики давления