Назначение, конструкция и принцип действия датчика детонации




ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

«Исследование датчиков детонации»

Специальности: 190631 «Техническое обслуживание и ремонт

автомобильного транспорта»

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­190631.01 «Автомеханик»

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­190103 «Автомобиле- и тракторостроение»

 

ОП.11 «Электрические и электронные системы автомобильного транспорта»

 

 

Санкт-Петербург

 

 

Цель и задачи лабораторной работы №4

 

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.

 

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  
                   
                   


Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-11-01 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: