Ο αισθητήρας CPS πρέπει να θεωρείται ένα από τα θεμελιώδη εξαρτήματα του σύγχρονου συστήματος ελέγχου του κινητήρα. Παρότι πανέμορφα απλός στην κατασκευή, η σωστή λειτουργία του είναι πρωταρχικής σημασίας για την αποδοτική λειτουργία του κινητήρα. Για να εκτιμήσουμε πλήρως το ρόλο που παίζει ο επαγωγικός αισθητήρας CPS πρέπει να κατανοήσουμε την αρχή λειτουργίας πίσω από την παραγόμενη εναλλασσόμενη (AC) τάση που παράγεται από αυτό το τόσο κρίσιμο εξάρτημα. Μόλις καταλάβουμε πως λειτουργεί αυτό το εξάρτημα, θα μπορούμε να εκτιμήσουμε τις αιτίες οποιουδήποτε προβλήματος στην κυματομορφή μας.
Αρχή λειτουργίας
Ο επαγωγικός αισθητήρας CPS αποτελείται από δύο σημαντικά εξαρτήματα, ένα πηνίο από σύρμα τυλιγμένο γύρω από έναν μόνιμο μαγνήτη.
Εικόνα 3 - Αρχή λειτουργίας του CPS
Κάθε μία από τις άκρες του πηνίου καταλήγει στην Μονάδα Ελέγχου του Κινητήρα (PCM), όπου η έξοδος με το παραγόμενο σήμα της τάσης AC χρησιμοποιείται από την PCM ως ένδειξη της ταχύτητας και της θέσης του στροφάλου, ενώ η άλλη έξοδος του πηνίου (–) συνδέεται σε μία γείωση αναφοράς (βλέπε Εικόνα 3).
Παραγωγή εναλλασσόμενης (AC) τάσης
Ο μόνιμος μαγνήτης εντός του CPS θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τα τυλίγματα του πηνίου. Αν ένα μεταλλικό αντικείμενο μπει στο χώρο του μαγνητικού πεδίου (με τη μορφή των μεταλλικών δοντιών επάνω στον μεταλλικό δακτύλιο λήψης) τότε η ένταση του μαγνητικού πεδίου θα αλλάξει, και είτε θα μειωθεί είτε θα αυξηθεί, ανάλογα με την ταχύτητα και τη διεύθυνση της κίνησης του μεταλλικού δακτυλίου (βλέπε Εικόνα 4). Η μεταβολή της έντασης του μαγνητικού πεδίου έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή από το πηνίο αυτού του σήματος της εναλλασσόμενης (AC) τάσης, που στη συνέχεια χρησιμοποιείται από την PCM για να προσδιορίσει την θέση και την ταχύτητα του κινητήρα.
Σημείωση: Η παραγωγή του σήματος της εναλλασσόμενης τάσης στις άκρες του πηνίου, οφείλεται αποκλειστικά στην μεταβολή του μαγνητικού πεδίου. Αν ο δακτύλιος λήψης ακινητοποιηθεί, δεν θα υπάρχει κανένα σήμα σους ακροδέκτες του επαγωγικού αισθητήρα CPS, ανεξάρτητα με του που έχει σταματήσει ο δακτύλιος και το που βρίσκονται τα δόντια του δακτυλίου σε σχέση με τον αισθητήρα CPS.
Η έξοδος της τάσης του Επαγωγικού Αισθητήρα Θέσης Στροφάλου σε σχέση με τον δακτύλιο λήψης
Εκόνα 4
Εικόνα 5
Η κυματομορφή του αισθητήρα CPS θα περιλαμβάνει ένα τμήμα μηδενικού σήματος εκεί όπου ο δακτύλιος λήψης έχει σκόπιμα ένα κενό (δόντι ή δόντια που λείπουν) ανάμεσα στα όμοια διαστήματα μεταξύ των δοντιών (βλέπε Εικόνα 5 και Εικόνα 2).
Η PCM θα χρησιμοποιήσει αυτό το κενό στο σήμα για να αναγνωρίσει τη θέση του στροφαλοφόρου άξονα που μπορεί είτε να δείχνει τη θέση του ΑΝΣ, είτε όχι.
Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τα δόντια που λείπουν από τον δακτύλιο λήψης ως αναφορά για διάφορες θέσεις του στροφαλοφόρου άξονα. Για παράδειγμα, όταν όλα τα πιστόνια είναι σε σειρά, (θέση ασφαλείας του κινητήρα) ΑΝΣ, τον αριθμό των μοιρών πριν από το ΑΝΣ, ή μπορεί να επιλέξουν έναν συνδυασμό δοντιών που λείπουν σε διαστήματα των 90 μοιρών. Για να εκτιμήσετε με ακρίβεια το σήμα αναφοράς της θέσης του στροφάλου, αναφερθείτε στο σχετικό εγχειρίδιο επισκευής.
>Ο υπολογισμός της ταχύτητας του στροφάλου βασίζεται στο εναλλασσόμενο σήμα εξόδου του αισθητήρα CPS. Καθώς η ταχύτητα του στροφάλου αυξάνει, θα αυξάνεται κατ' αναλογία και η συχνότητα του σήματος εξόδου του CPS. Επίσης το πλάτος του σήματος θα αυξάνεται με την αύξηση των στροφών του κινητήρα, ξεπερνώντας και τα 20 V AC σε υψηλότερες στροφές κινητήρα (βλέπε Εικόνα 6).
Figure 6
Η άνοδος και η πτώση στη συχνότητα / πλάτος φαίνεται στην Εικόνα 2 όπου το φορτίο που μεταφέρεται στον στροφαλοφόρο άξονα κατά τη διάρκεια της φάσης συμπίεσης έχει ως αποτέλεσμα την παροδική μείωση της ταχύτητας του στροφαλοφόρου άξονα ③. Εδώ μπορούμε να δούμε μία μείωση στη συχνότητα και μία πτώση στο πλάτος του σήματος, σε αντίθεση με το ④ όπου η ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα θα αυξηθεί μετά την συμπίεση στο ΑΝΣ (κατά τη διάρκεια της φάσης εκτόνωσης), και σαν αποτέλεσμα θα αυξηθεί και η συχνότητα και το πλάτος του σήματος εξόδου από τον αισθητήρα CPS.
Η PCM θα χρησιμοποιήσει αυτά τα χαρακτηριστικά του σήματος για να καθορίσει την επιτάχυνση και επιβράδυνση του στροφαλοφόρου άξονα μετά από κάθε γεγονός συμπίεσης, με σκοπό να ανιχνεύσει απώλειες στην ανάφλεξη ή κακή συνδρομή των κυλίνδρων (ισορροπία κυλίνδρων). Υποθέτοντας ότι όλα τα γεγονότα συμπίεσης και ανάφλεξης είναι ίδια, θα πρέπει να πάρουμε μια ομοιόμορφη άνοδο και πτώση του σήματος του CPS όταν η ταχύτητα του κινητήρα είναι σταθερή.
Η ταχύτητα του κινητήρα μπορεί αν υπολογιστεί από το σήμα του CPS, τοποθετώντας δύο χάρακες χρόνου σε δύο διαδοχικά σημεία της κυματομορφής όπου μηδενίζεται το σήμα (λείπει ένα ή περισσότερα δόντια) όπως φαίνεται στην Εικόνα 2 ②.
Η πλειοψηφία των δακτυλίων λήψης του στροφάλου θα περιλαμβάνει 36 ή 60 δόντια με 1 ή 2 δόντια να λείπουν σε ένα συγκεκριμένο σημείο της περιφέρειας του δακτυλίου. Τοποθετώντας τους χάρακες του χρόνου στα σημεία που μηδενίζεται το σήμα μας δείχνει 1 x περιστροφή του στροφάλου. Στο παραπάνω Παράδειγμα Κυματομορφής έχουμε 34 δόντια μεταξύ των χαράκων του χρόνου, δείχνοντας έτσι έναν δακτύλιο λήψης με 34 δόντια στην περιφέρειά του και 2 δόντια να λείπουν ως αναφορά της θέσης του κινητήρα. (36 δόντια − 2 δόντια = 1 x περιστροφή του στροφάλου).
Τοποθετώντας έναν χάρακα χρόνου σε διαδοχικά σημεία μηδενισμού του σήματος στην κυματομορφή, επιτρέπουν στον PicoScope να υπολογίσει τις στροφές του κινητήρα υπολογίζοντας τη συχνότητα περιστροφής του στροφάλου (κύκλοι το δευτερόλεπτο).
Στην Εικόνα 2 κάθε ένας χάρακας χρόνου είναι τοποθετημένος στο σημείο του δοντιού που λείπει ② (μία περιστροφή του στροφάλου) όπου η συχνότητα μεταξύ των χαράκων υπολογίζεται στα 11,63 Hz στο κουτάκι με την ένδειξη της συχνότητας ⑥.
Για να μετατρέψουμε τη Συχνότητα (Hz) σε Στροφές (RPM) πολλαπλασιάζουμε απλά τη συχνότητα των 11,63 Hz επί 60 για να πάρουμε 697,7 Στροφές Ανά Λεπτό (RPM). Τόσο η τιμή της Συχνότητας όσο και η τιμή των ΣΑΛ του στροφάλου εμφανίζονται στο κουτάκι με την ένδειξη της συχνότητας ⑥.