Οι αισθητήρες δοσομέτρησης: MAP|MAF|ESPS

Ο καθορισμός της αναλογίας αέρα - καυσίμου γίνεται από την ηλεκτρονική μονάδα του κινητήρα. Το σήμα για τον χρόνο που θα μείνει ανοικτό και θα ψεκάζει το μπεκ υπολογίζεται από τις τιμές των σημάτων που δίνουν οι διάφοροι αισθητήρες. Η ηλεκτρονική μονάδα χρησιμοποιεί, κυρίως, δύο πληροφορίες για τον βασικό υπολογισμό, για τον βασικό χρόνο ψεκασμού, ενώ τα υπόλοιπα σήματα χρησιμεύουν για να δώσουν διορθωτικές τιμές.

Οι βασικές πληροφορίες για τον καθορισµό του χρόνου ψεκασµού, αλλά και της γωνίας του αβάνς, είναι η πληροφορία των στροφών και η µέτρηση του φορτίου του κινητήρα.

Σήμερα, για τον προσδιορισμό του φορτίου του κινητήρα χρησιμοποιούνται κυρίως δύο είδη αισθητήρων: οι αισθητήρες MAF (Mass Air Flow - Μετρητής μάζας αέρα) και οι αισθητήρες MAP (Manifold Absolute Pressure - Αισθητήρας απόλυτης πίεσης πολλαπλής εισαγωγής).

Για τις στροφές χρησιμοποιούνται οι αισθητήρες ESPS (Engine Speed and Position Sensor - αισθητήρας στροφών και θέσης άνω νεκρού σημείου), οι οποίοι μπορεί να είναι επαγωγικού τύπου ή να λειτουργούν με βάση το φαινόμενο Χωλ (Hall).

Η ΝΤΚ, ένας από τους κορυφαίους κατασκευαστές παγκοσµίως, αξιοποιεί την τεχνογνωσία της από την Πρώτη Τοποθέτηση και προσφέρει µία εκτεταµένη γκάµα αισθητήρων εξαιρετικής ποιότητας. Τα προϊόντα της εταιρείας έχουν υποβληθεί σε δοκιµές σε ακραίες συνθήκες, ώστε να διασφαλίζουν ακρίβεια και αξιοπιστία στις απαιτητικές λειτουργίες των οχηµάτων.

Παράλληλα, οι αισθητήρες της ΝΤΚ διαθέτουν ένα ομοιόμορφο και χρηστικό σύστημα κωδικοποίησης, που διευκολύνει τους τεχνικούς στην επιλογή του κατάλληλου προϊόντος, καθώς και μία «έξυπνη» συσκευασία με ετικέτα που περνάει από δύο πλευρές για ευελιξία στην αποθήκευση και ευκολία στη σάρωση.

Επιπλέον, στα πλαίσια της τεχνικής υποστήριξης των επισκευαστών, η εταιρεία έχει δημιουργήσει μία σειρά από βίντεο, τα οποία είναι διαθέσιμα στο διαδίκτυο και συμβάλλουν στην κατανόηση της λειτουργίας των αισθητήρων, καθώς και στη διευκόλυνση των εργασιών των τεχνικών.

Αισθητήρες MAP

Οι αισθητήρες απόλυτης πίεσης πολλαπλής εισαγωγής, γνωστοί επίσης ως αισθητήρες MAP (Manifold Absolute Pressure), χρησιμοποιούνται μαζί με τις τιμές του ποτενσιόμετρου της πεταλούδας του γκαζιού για τον υπολογισμό της μάζας του αέρα εισαγωγής των ατμοσφαιρικών βενζινοκινητήρων. Στα χαμηλά φορτία, η πίεση της πολλαπλής εισαγωγής λαμβάνεται υπόψη σε μεγάλο βαθμό στον υπολογισμό. Σε υψηλά φορτία του κινητήρα, η γωνία της πεταλούδας του γκαζιού καθορίζει την τιμή της μάζας αέρα.

Σε υπερτροφοδοτούµενους κινητήρες (turbo) ο αισθητήρας χρησιµοποιείται κυρίως για τον έλεγχο του συστήµατος υπερπλήρωσης. Για τον λόγο αυτόν, αναφέρεται συχνά ως αισθητήρας πίεσης υπερπλήρωσης.

Στους βενζινοκινητήρες με υπερπλήρωση, τόσο ο αισθητήρας πίεσης υπερπλήρωσης μετά την πεταλούδα του γκαζιού όσο και ο αισθητήρας απόλυτης πίεσης πολλαπλής εισαγωγής πριν την πεταλούδα του γκαζιού χρησιμοποιούνται συχνά.

Η κατασκευή των αισθητήρων είναι παρόμοια. Μόνο το εύρος των τιμών μέτρησης των αισθητήρων είναι προσαρμοσμένο στην προβλεπόμενη χρήση τους.

Υπάρχει ένα διάφραγμα στον αισθητήρα το οποίο καμπυλώνεται ανάλογα με την εφαρμοζόμενη πίεση. Τα μηκυνσιόμετρα είναι προσαρτημένα στο διάφραγμα και εκτείνονται ή συμπιέζονται ανάλογα με την καμπυλότητα. Η ηλεκτρική τους αντίσταση αλλάζει με την επιμήκυνση. Το ηλεκτρονικό σύστημα του αισθητήρα επεξεργάζεται την αλλαγή αυτή, διαμορφώνει ένα σήμα για την πίεση και το στέλνει στη μονάδα ελέγχου.

Ένας αισθητήρας απόλυτης πίεσης διαθέτει 3 ηλεκτρικές συνδέσεις. Ένας ακροδέκτης έχει τάση τροφοδοσίας 5 V, ο δεύτερος ακροδέκτης έχει την τάση σήματος, η οποία κανονικά κυμαίνεται μεταξύ 0,2 V και 4,8 V, ενώ η γείωση του σήματος βρίσκεται στον τρίτο ακροδέκτη. Εάν υπάρχει τέταρτος ακροδέκτης σύνδεσης, η θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής μετριέται επιπλέον μέσω μίας αντίστασης με αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας (NTC resistor). Αυτοί οι αισθητήρες επίσης αναφέρονται μερικές φορές ως αισθητήρες «T-Map».

Με 160 κωδικούς, η γκάμα αισθητήρων MAP της ΝΤΚ προσφέρει κορυφαία κάλυψη της αγοράς που φτάνει το 93% των αναγκών των συνεργείων. Η γκάμα περιλαμβάνει:

-   91 αισθητήρες απόλυτης πίεσης

-   58 αισθητήρες υπερπλήρωσης

-   11 αισθητήρες απόλυτης πίεσης / υπερπλήρωσης

Ο αισθητήρας MAP µετρά την απόλυτη πίεση του αέρα στην πολλαπλής εισαγωγής και η ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου του κινητήρα χρησιµοποιεί αυτή την πληροφορία για να υπολογίσει την ποσότητα του αναρροφούµενου αέρα.

Αισθητήρες MAF

Ο αισθητήρας MAF (Mass Air Flow) βρίσκεται ανάμεσα στο φίλτρο αέρα και την πεταλούδα και μετρά τη μάζα του αέρα που αναρροφάται από τον κινητήρα. Στους βενζινοκινητήρες, η μάζα του αέρα εισαγωγής είναι η σημαντικότερη πληροφορία για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ποσότητας καυσίμου. Στους κινητήρες ντίζελ, η μετρούμενη τιμή σε κατάσταση μερικού φορτίου χρησιμοποιείται για τη δοσομέτρηση της ανακύκλωσης καυσαερίων, ενώ σε κατάσταση πλήρους φορτίου για τον περιορισμό του μαύρου καπνού. Η μονάδα ελέγχου υπολογίζει τη μέγιστη ποσότητα καυσίμου που μπορεί να καεί χωρίς να παράγει καπνό.

Ο αισθητήρας «µετρά» µόνο ένα µέρος της συνολικής µάζας αέρα. Το σχήµα του εσωτερικού αγωγού έχει ως στόχο να ελαχιστοποιεί την αντεπιστροφή της ροή του αέρα εισαγωγής και να εµποδίζει την εναπόθεση σωµατιδίων στον αισθητήρα.

Οι σημερινοί μετρητές μάζας αέρα αποτελούνται από μία θερμαντική αντίσταση και δύο αισθητήρες θερμοκρασίας. Η θερμαντική αντίσταση διατηρείται από την ηλεκτρονική μονάδα σε σταθερή θερμοκρασία περίπου 160 βαθμών. Ο εισερχόμενος φρέσκος αέρας ψύχει τον αισθητήρα θερμοκρασίας Τ1 και θερμαίνεται από τη θερμαντική αντίσταση. Με αυτόν τον τρόπο η θερμοκρασία στον αισθητήρα θερμοκρασίας T2 είναι υψηλότερη. Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου υπολογίζει τη μάζα του αέρα από τη διαφορά θερμοκρασίας και μετατρέπει την υπολογισμένη τιμή σε ένα ηλεκτρικό σήμα που πηγαίνει στην ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου. Σε παλαιότερους μετρητές μάζας αέρα αυτό είναι ένα σήμα αναλογικής τάσης, το οποίο κυμαίνεται μεταξύ 0,2 V και 4,8 V. Η τάση του σήματος αυξάνει ανάλογα με τη μάζα του αέρα.

Στους νέους μετρητές μάζας αέρα, αποστέλλεται στη μονάδα ελέγχου ένα ψηφιακό σήμα, η συχνότητα του οποίου εξαρτάται από τη μεταβολή της μάζας του αέρα. Η συχνότητα κυμαίνεται μεταξύ 1kHz και 17kHz. Σε μερικούς τύπους, όσο αυξάνει η μάζα του αέρα, η συχνότητα μειώνεται, ενώ σε άλλους, όσο αυξάνει η μάζα του αέρα, αυξάνει και η συχνότητα.

Ανάλογα με τον τύπο, είναι δυνατή η μέτρηση και άλλων πρόσθετων τιμών, όπως για τη θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής, την υγρασία του αέρα και την πίεση στον μετρητή μάζας αέρα.

Η ΝΤΚ διαθέτει μία ολοκληρωμένη γκάμα αισθητήρων MAF με 190 κωδικούς, καλύπτοντας το 66% της αγοράς. Η γκάμα αποτελείται από:

-   165 τύπους αισθητήρων µε κέλυφος

-   20 τύπους φυτευτών αισθητήρων µε εισαγωγή αέρα

-   5 τύπους φυτευτών αισθητήρων ΙΑΜ που καλύπτουν 77 τύπους κελύφων (αντιπροσωπεύουν ένα ποσοστό 22% της ζήτησης στην αγορά).

Ο αισθητήρας MAF µετρά τη µάζα του εισερχόµενου αέρα που αναρροφά ο κινητήρας.

Αισθητήρες ESPS

Επαγωγικός αισθητήρας

Ο επαγωγικός αισθητήρας θέσης είναι ένας αισθητήρας χωρίς παροχή ρεύματος και χρησιμοποιείται σε κινητήρες βενζίνης και πετρελαίου για τη μέτρηση της ταχύτητάς τους και της θέσης του στροφαλοφόρου ή του εκκεντροφόρου άξονα. Ο αισθητήρας αποτελείται από έναν μόνιμο μαγνήτη που περιβάλλεται από ένα πηνίο. Η κίνηση του οδοντωτού τροχού κωδικοποιητή παραμορφώνει το μαγνητικό πεδίο και παράγει μία εναλλασσόμενη τάση. Ο αριθμός των δοντιών του αισθητήρα στροφαλοφόρου μπορεί να διαιρεθεί διά έξι: συχνά υπάρχουν 60 δόντια, εκ των οποίων τα δύο λείπουν. Το κενό των δύο δοντιών δίνει στη μονάδα ελέγχου την ακριβή θέση του στροφαλοφόρου άξονα. Η απόσταση μεταξύ των κενών αντιστοιχεί σε μία περιστροφή του στροφαλοφόρου.

Χωρίς σήμα αισθητήρα στροφαλοφόρου, οι περισσότεροι κινητήρες επιβατικών αυτοκινήτων δεν λειτουργούν.
Η μονάδα ελέγχου αξιολογεί μόνο το αρνητικό μέρος της τάσης AC. Το σημείο σκανδαλισμού είναι -0,3 V σε πτώση, δηλαδή όταν η τάση σήματος αλλάζει από τη θετική στην αρνητική περιοχή. Από το χρονικό διάστημα μεταξύ των σημείων σκανδαλισμού, η μονάδα ελέγχου μπορεί να αναγνωρίσει τα κενά και έτσι να προσδιορίσει τις στροφές του κινητήρα και τη θέση του στροφαλοφόρου άξονα.

Η αξιολόγηση του σήματος του αισθητήρα εκκεντροφόρου δίνει τη δυνατότητα στη μονάδα ελέγχου να διαπιστώσει αν ο αντίστοιχος κύλινδρος βρίσκεται στη φάση συμπίεσης ή στη φάση εξαγωγής.

Αισθητήρας Hall

Τα τελευταία χρόνια, σε επιβατικά οχήματα, οι αισθητήρες Hall έχουν αντικαταστήσει τους επαγωγικούς, επειδή παράγουν τετραγωνικό σήμα ακόμα και σε χαμηλές στροφές, το οποίο δεν χρειάζεται πλέον να υποβάλλεται σε επεξεργασία στη μονάδα ελέγχου.

Στην εποχή των συστηµάτων start-stop, µπορεί να επιτευχθεί ταχύτερη εκκίνηση του κινητήρα.

Ο αισθητήρας Hall είναι ένας αισθητήρας με παροχή ρεύματος. Αποτελείται από ένα στοιχείο Hall με ενσωματωμένο μόνιμο μαγνήτη και έναν ατσάλινο τροχό κωδικοποιητή ή ένα στοιχείο Hall με έναν μόνιμο μαγνητικό τροχό κωδικοποιητή. Καθώς τα δόντια του τροχού κωδικοποιητή περνούν μέσα από τον αισθητήρα, το μαγνητικό πεδίο παραμορφώνεται και η τάση του στοιχείου Hall αλλάζει. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρονικά στοιχεία του αισθητήρα μεταφέρουν μία τάση σήματος στη γείωση, η οποία αποστέλλεται από τη μονάδα ελέγχου στον αισθητήρα. Τότε, παράγεται μία τάση τετραγωνικού κύματος στον παλμό των δοντιών του κωδικοποιητή, που μπορεί να μετρηθεί έναντι της γείωσης σήματος. Επομένως, ένας αισθητήρας Hall έχει τρεις ακροδέκτες. Η τροφοδοσία παρέχεται μέσω 2 ακροδεκτών με τάση συνεχούς ρεύματος από 5 έως 12 βολτ. Ο τρίτος ακροδέκτης σήματος τροφοδοτείται από τη μονάδα ελέγχου με 5 έως 12 βολτ και οδηγείται στη γείωση.

Οι αισθητήρες στροφών και ΑΝΣ της ΝΤΚ εξασφαλίζουν ύψιστη ακρίβεια και αξιοπιστία, επιτρέποντας στον κινητήρα να λειτουργήσει µε τη βέλτιστη απόδοση. Η εκτεταµένη γκάµα της εταιρείας καλύπτει περίπου 270 εκατ. αυτοκίνητα στην Ευρώπη, το 88% της αγοράς, προσφέροντας, µε 567 κωδικούς, την καλύτερη κάλυψη στις premium µάρκες.

Για τη διασφάλιση της κορυφαίας ποιότητας, οι αισθητήρες υποβάλλονται σε δοκιμές σε ακραίες συνθήκες (δοκιμή θερμικής καταπόνησης από τους -25°C έως τους 135°C), ενώ ο προσεγμένος και ακριβής σχεδιασμός τους επιτρέπει την ταχύτερη και ευκολότερη τοποθέτηση. Επιπλέον, οι αισθητήρες είναι κατάλληλα στεγανοποιημένοι για την αποφυγή της περιβαλλοντικής διάβρωσης, διαρροών και άλλων παραγόντων που επηρεάζουν την απόδοσή τους. Έτσι, προστατεύονται αποτελεσματικά, με αποτέλεσμα τη μεγάλη διάρκεια ζωής τους.

Οι αισθητήρες στροφών και ΑΝΣ στέλνουν στην ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου του κινητήρα (ECU) σήµατα σχετικά µε την ταχύτητα περιστροφής και τις σχετικές θέσεις του στροφαλοφόρου και του εκκεντροφόρου άξονα.