Датчик фазы: основа надежной работы инжекторного двигателя
В современных инжекторных и дизельных двигателях используются системы управления со множеством датчиков, отслеживающих десятки параметров. Среди датчиков особое место занимает датчик фазы, или датчик положения распределительного вала. О функциях, конструкции и работе данного датчика читайте в статье.
Что такое датчик фазы
Датчик фазы (ДФ) или датчик положения распределительного вала (ДПРВ) — датчик системы управления инжекторными бензиновыми и дизельными двигателями, отслеживающий положение газораспределительного механизма. С помощью ДФ определяется начало цикла работы двигателя по его первому цилиндру (при достижении ВМТ) и реализуется система фазированного впрыска. Данный датчик функционально связан с датчиком положения коленчатого вала (ДПКВ) — электронная система управления двигателем использует показания обоих датчиков, и, исходя из этого, формирует импульсы на впрыск топливо и зажигание в каждом цилиндре.
ДФ применяются только на бензиновых двигателях с распределенным фазированным впрыском и на некоторых типах дизельных моторов. И именно благодаря датчику наиболее просто реализуется сам принцип фазированного впрыска, то есть — впрыска топлива и зажигания для каждого цилиндра в зависимости от режима работы двигателя. В карбюраторных моторах в ДФ нет необходимости, так как подача топливно-воздушной смеси в цилиндры осуществляется через общий коллектор, а зажигание управляется с помощью распределителя или датчика положения коленчатого вала.
Также ДФ применяется на двигателях с системой изменения фаз газораспределения. В этом случае используются отдельные датчики для распредвалов, управляющих впускными и выпускными клапанами, а также более сложные системы управления и их алгоритмы работы.
Конструкция датчиков фазы
В настоящее время применение находят ДФ, основанные на эффекте Холла — возникновении разности потенциалов в полупроводниковой пластине, по которой протекает постоянный ток, при ее помещении в магнитное поле. Датчики на эффекте Холла реализуются довольно просто. За основу берется квадратная или прямоугольная пластина из полупроводника, к четырем сторонам которой подключаются контакты — два входных, для подачи постоянного тока, и два выходных, для снятия сигнала. Для удобства эта конструкция изготавливается в виде микросхемы, которая устанавливается в корпус датчика вместе с магнитом и другими деталями.
Существует два конструктивных типа датчиков фазы:
- Щелевые;
- Торцевые (стержневые).
Щелевой датчик
Торцевой датчик
Щелевой датчик фазы имеет П-образную форму, в его разрезе проходит репер (отметчик) распределительного вала. Корпус датчика разделен на две половины, в одной находится постоянный магнит, во второй располагается чувствительный элемент, в обеих частях находятся магнитопроводы специальной формы, обеспечивающие изменение магнитного поля при прохождении репера.
Торцевой датчик имеет цилиндрическую форму, репер распредвала проходит перед его торцом. В данном датчике чувствительный элемент располагается в торце, над ним расположен постоянный магнит и магнитопроводы.
Здесь следует заметить, что датчик положения распределительного вала является интегральным, то есть, он сочетает в себе описанный выше чувствительный элемент, формирующий сигнал, и вторичный преобразователь сигнала, который усиливает сигнал и преобразует его в удобную для обработки электронной системой управления форму. Преобразователь обычно встроен непосредственно в датчик, что значительно облегчает монтаж и настройку всей системы.
Принцип работы датчика фазы
Датчик фазы работает в паре с задающим диском, установленным на распределительном валу. Данный диск имеет репер той или иной конструкции, который во время работы двигателя проходит перед датчиком или в его зазоре. Репер при прохождении перед датчиком замыкает выходящие из него магнитные линии, что приводит к изменению магнитного поля, пересекающего чувствительный элемент. В результате в датчике Холла формируется электрический импульс, который усиливается и изменяется преобразователем, и подается на электронный блок управления двигателем.
Для щелевых и торцевых датчиков используются разные по конструкции задающие диски. В паре с щелевыми датчиками работает диск с воздушным зазором — управляющий импульс формируется при прохождении этого зазора. В паре с торцевым датчиком работает диск с зубцами или короткими реперами — управляющий импульс формируется при прохождении репера.
В инжекторных двигателях задающий диск и датчик фазы устанавливаются таким образом, чтобы импульс формировался при прохождении 1-го цилиндра его верхней мертвой точки. Одновременно система управления получает информацию от ДПКВ, и на основе показаний обоих датчиков она посылает сигналы на впрыск топлива и зажигания в порядке работы цилиндров. ДФ и ДПКВ позволяют оперативно отслеживать изменение частоты вращения коленвала и режима работы двигателя, и обеспечивать своевременный впрыск топлива и работу зажигания.
В дизельных двигателях система работает аналогичным образом, но с одной особенностью — положение поршня отслеживается отдельно для каждого цилиндра. Это достигается модернизацией задающего диска — добавлением основных и вспомогательных реперов различной ширины. Во время работы система управления двигателем по данным реперам определяет, какой из цилиндров достиг ВМТ, и на основе этой информации посылает управляющие импульсы на форсунки.
Работа двигателя жестко завязана на датчике фазы, поэтому неисправность датчика оказывает негативное влияние на функционирование силового агрегата. При поломке или отключении ДФ двигатель принудительно переводится в режим парафазного впрыска топлива с управлением по показаниям датчика коленвала. Без датчика распредвала теряется возможность отслеживать начало цикла работы двигателя, поэтому в данном режиме каждая форсунка принудительно выполняет впрыск половины дозы топлива дважды за один цикл. Это гарантирует, что в каждом цилиндре образуется топливно-воздушная смесь, однако в таком режиме повышается расход топлива и снижается качество работы двигателя, зачастую он работает неустойчиво, с перебоями.
При выходе из строя ДФ на приборной панели загорается индикатор Check Engine, а также выдается соответствующий код ошибки. В этом случае необходимо заменить датчик и выполнить необходимую настройку электронной системы управления двигателем. При нормальном функционировании датчика обеспечивается наиболее эффективная работа двигателя во всех режимах и в любых условиях.
