 |
Назначение, конструкция и принцип действия датчика детонации
|
|
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
«Исследование датчика детонации»
Специальности: 190631 «Техническое обслуживание и ремонт
автомобильного транспорта»
190631.01 «Автомеханик»
190103 «Автомобиле- и тракторостроение»
МДК 01.04 «Электрические и электронные системы
автомобильного транспорта»
Санкт-Петербург
Цель и задачи лабораторной работы №6
1.1Цель работы:
- изучение принципа функционирования;
- конструкции пьезоэлектрического датчика детонации;
- экспериментальное исследование его выходных характеристик.
Рекомендации студентам по выполнению лабораторной работы
4.1 Условия и организация работы
Выполнение работы предусматривает теоретическую и практическую части. Выполнение практической части предполагает наличие у студентов знаний о проведении работоспособности датчиков электронных систем зажигания.
а) В теоретической части лабораторной работы под руководством преподавателя студенты:
1) знакомятся с рабочим местом;
2) изучают меры безопасности;
3) изучают назначение и принцип действия оборудования, особенности его подключения;
4) знакомятся с нормативной и учебной литературой
студенты самостоятельно:
5)изучают устройство и принцип батарейной системы зажигания автомобиля;
6) в процессе изучения литературы заполняют бланк-отчёт необходимыми нормативными значениями.
б) В практической части лабораторной работы под контролем преподавателя студенты:
Содержание лабораторной работы
1.Внеаудиторная подготовка к работе в лаборатории.
2. Работа в лаборатории, связанная с исследованием характеристик датчика на специализированной лабораторной установке.
|
|
|
3. Обработка и анализ полученной в лаборатории информации, оформление отчета по проделанной работе.
4. Защита лабораторной работы.
Работа в лаборатории
3.1. Получить исследуемый датчик детонации.
3.2. Детально ознакомиться с устройством лабораторного стенда и органами его управления.
3.3. Подключить осциллограф к выходным клеммам датчика дето-
нации.
3.4. Установить ручку реостата в среднее положение и подключить лабораторный стенд к источнику напряжения постоянного тока U = 110 В.
3.5. Изменяя сопротивление реостата от минимального значения до максимального, наблюдать по осциллографу за изменением фор-мы, амплитуды и частоты выходного напряжения датчика детонации. Для двух значений сопротивления реостата (по указанию преподава-теля) зарисовать осциллограммы выходного напряжения датчика с приведением масштаба по амплитуде и времени.
3.6. Выключить питание стенда и проанализировать полученные результаты измерений.
Обработка полученных в лаборатории сведений и составле-ние отчета.
5 Защита лабораторной работы.
Описание экспериментальной установки
Лабораторная установка, схема которой изображена в соотвествтвии с рисунком 1, выполнена на базе электродвигателя постоянного тока, на приводном валу которого установлен эксцентрик. Эксцентрик представляет собой диск, ось которого смещена по отношению к оси приводного вала двигателя.
Рисунок 1
Регулирование частоты вращения вала электрического двигателя производится по реостатной схеме, для чего последовательно с обмоткой возбуждения включен реостат, изменяющий ток в обмотке.
На лицевой поверхности стенда закреплена рабочая металлическая пластина, на которой установлен исследуемый датчик детонации.
Имитация детонации (взрывной ударной волны) в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля производится на лабораторном стенде в виде ударной вибрации рабочей пластины под действием ударов вращающегося эксцентрика.
|
|
|
Имитация изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля осуществляется регулированием частоты вращения вала электрического двигателя с помощью реостата.
Назначение, конструкция и принцип действия датчика детонации
Датчики детонации используются для обнаружения явления детонации, т. е. взрывного воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Детонация вызывает сильную ударную вибрацию и перегрев ДВС, что может привести к механическим повреждениям деталей двигателя. Контроль за детонацией особенно актуален у современных ДВС, поскольку для их эффективной работы обеспечивают оптимальный угол опережения зажигания, близкий к предельному, за которым начинается детонация. Этим обеспечивается наиболее полное сгорание топливно-воздушной смеси, сопровождаемое повышением КПД двигателя, его мощности, экологичности и экономичности, а также появлением возможности применения бензина с различным октановым числом.
В системах управления ДВС применяются различные датчики контроля детонации: датчики температуры, давления, света, возбуждаемого при воспламенении газовой смеси, и др. Основными критериями при выборе типа датчика являются точность и достоверность показаний, стоимость, надежность и габариты. Наиболее полно всему этому комплексу требований удовлетворяют вибрационные датчики детонации, предназначенные для регистрации вибрационных колебаний корпуса ДВС.
Чаще всего обнаружение детонации производится путем измерения ударной вибрации цилиндров с помощью пьезоэлектрического датчика детонации. В качестве чувствительного элемента такого датчика используется пластина пьезоэлектрического кристалла (в основном из пьезокерамики). Это объясняется, в частности, тем, что пьезокерамика обладает высокой химической стойкостью при повышенных температурах, высокой пьезочувствительностью и небольшой стоимостью.
Пьезоэлектрическими называются кристаллы и текстуры, электризующиеся под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и деформирующиеся в электрическом поле (обратный пьезоэффект). В датчиках детонации используется прямой пьезоэффект. При механическом воздействии МВ на пластину пьезокристалла ПК на токопроводящих покрытиях появляется разность электрических потенциалов U вых, значение которой пропорционально силе механического воздействия. Схема данного воздействия представлена в соответствии с рисунком 2.
|
|
|
Рисунок 2
Достоинствами пьезоэлектрических преобразователей являются малые геометрические размеры, простота конструкции, надежность в работе, возможность измерения быстропротекающих процессов. В частности, их рабочий диапазон частот составляет от 0,1 Гц до 20 кГц. Амплитудная характеристика линейна в динамическом диапазоне до 120 дБ. Они не требуют источника питания, поскольку являются преобразователями генераторного типа, не имеют подвижных деталей, что гарантирует исключительную долговечность.
Упрощенная конструктивная схема пьезоэлектрического датчика детонации представлена в соответствии с рисунком 3. Под действием инерционных сил, создаваемых инерционной массой 2, деформируется пьезоэлемент 1, на металлизированных обкладках которого в результате прямого пьезоэффекта возникают электрические заряды, передаваемые во внешнюю цепь с помощью электрических выводов.
Рисунок 3
Упрощенная конструктивная схема пьезоэлектрического датчика детонации представлена в соответствии с рисунком 3. Под действием инерционных сил, создаваемых инерционной массой 2, деформируется пьезоэлемент 1, на металлизированных обкладках которого в результате прямого пьезоэффекта возникают электрические заряды, передаваемые во внешнюю цепь с помощью электрических выводов.
Выходная электрическая мощность таких преобразователей очень мала, поэтому для согласования с электронной системой управления на его выход включается усилитель напряжения с возможно большим входным сопротивлением.
|
|
|
Среди всей совокупности датчиков детонации по режиму работы выделяют преобразователи широкополосного, резонансного и полурезонансного типов.
К широкополосным относят пьезоэлектрические преобразователи
рабочим диапазоном частот 4–10 кГц, сформированным на плоской части амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), ниже собственной резонансной частоты. Такие датчики детонации универсальны в применении: их можно использовать в ДВС с различными системами управления (моно- и распределенным впрыском) и с различными частотами вибрационных ускорений (детонационных режимов).
К резонансным датчикам относят преобразователи с узкой полосой пропускания (50–300 Гц), собственная частота которых настроена на частоту детонации ДВС. В связи с тем, что резонансные частоты даже для ДВС одной модели различаются в пределах 5 %, такие датчики детонации не находят широкого применения для управления ДВС серийных автомобилей.
Полурезонансные датчики – это преобразователи с широкой полосой пропускания (до 1000 Гц) и с АЧХ, синтезированной из двух или более пересекающихся характеристик резонансных режимов. Они сочетают в себе достоинства широкополосных датчиков (широкая полоса пропускания) и резонансных (усиление информационного сигнала).
Пьезоэлемент посредством болта прижимается к полированной площадке блока цилиндров 6. Точка установки датчика определяется экспериментально на этапе конструкторской разработки ДВС. Для отработанной модели блока цилиндров место установки датчика детонации остается постоянным.
При детонации в специфическом спектре частот (обычно 6–12 кГц) в выходном сигнале датчика появляется переменная составляющая с высокой амплитудой. Выделяя эту частотную область с помощью полосового фильтра электронного блока управления двигателем, получают сигнал для распознавания детонации. На рис. 3.5 показан вариант выходного сигнала датчика детонации.
Основные функциональные и эксплуатационные характеристики ДД различных отечественных и зарубежных фирм, представлены в соответствии с таблицей 5.1.
Таблица 5.1- Основные функциональные и эксплуатационные характеристики ДД
| Тип ДД и фирма-производитель | |||||||||
| резонанс- | |||||||||
| широкополосные | резонансные | но- | |||||||
| широкопо- | |||||||||
| Характеристика | лосные | ||||||||
| GT305, | D2, | DR 562, | |||||||
| Bo s h, | General | ||||||||
| Ураль- | GT300 | ||||||||
| ″Olson″, | motors | ||||||||
| ФРГ | ский | УЭМЗ | |||||||
| ЭМЗ | США | corp., | |||||||
| США | |||||||||
| Коэффициент преобразо- | |||||||||
| вания ускорения в электри- | |||||||||
| ческое напряжение, мВ/g | |||||||||
| Рабочий диапазон частот, | |||||||||
| кГц | 4–10 | 4–10 | 6,6–6,9 | 7,3–7,7 | 5,5–6,4 | ||||
| Неравномерность АЧХ в | |||||||||
| рабочем диапазоне частот, | ±1,5 | ±1 | ±3 | ±3 | ±3 | ||||
| дБ | |||||||||
| Собственная электрическая | |||||||||
| емкость, нФ | |||||||||
| Основная резонансная час- | >22 | >22 | |||||||
| тота, кГц | 6,8 | 7,5 | |||||||
| Максимальная рабочая | |||||||||
| температура, °С | |||||||||
| Габариты, мм | Под | Под | |||||||
| ключ | ключ | ||||||||
| ∅28×18 | ∅28×18 | 24×40 | 24×18 | ∅35×52 | |||||
|
|
|
|
|
|
