Czujniki położenia wału korbowego oraz wałka rozrządu

© Mariusz Leśniewski

Udostępnij:

Priorytetowych danych niezbędnych w procesie sterowania silnikiem benzynowym i wysokoprężnym dostarczają czujniki prędkości obrotowej wału korbowego i czujniki położenia wałka rozrządu. W oparciu o ich sygnały sterownik silnika rozpoznaje kątowe ustawienie wału korbowego i wylicza kluczowe parametry regulujące pracę jednostki napędowej: kąt wyprzedzenia zapłonu, moment wtrysku paliwa, energię iskry oraz czas jej trwania, a w przypadku silnika wysokoprężnego – kąt wtrysku i dawkę paliwa.

Poszukiwanie usterek związanych z czujnikami wału korbowego lub wałka rozrządu wymaga od mechanika przynajmniej podstawowej wiedzy o działaniu tych sensorów oraz umiejętności zastosowania techniki pomiarowej z wykorzystaniem oscyloskopu. Wstępny pomiar multimetrem może nie przynieść rezultatu w przypadkach, gdy uzwojenie czujnika ma zwarcie wewnątrzzwojowe lub szczelina powietrzna pomiędzy sensorem a kołem impulsowym (w wariancie czujnika wału korbowego typu magnetoindukcyjnego) jest zbyt duża. Najlepsze rezultaty przynosi diagnostyka z wykorzystaniem oscyloskopu pozwalająca na dokładną obserwację sygnału generowanego przez dany czujnik.


Czujniki magnetoindukcyjne

Na wstępie należy przypomnieć, że zasadniczo stosowane są dwa typy czujników położenia wału korbowego: czujniki magnetoindukcyjne oraz czujniki wykorzystujące zjawisko Halla.

Pierwszy typ czujników położenia wału nie wymaga źródła zasilania, gdyż uzwojenie cewki tego sensora instalowane jest naprzeciw koła impulsowego zamontowanego na wale korbowym. Obrót koła impulsowego generuje napięcie w czujniku w momencie, w którym ząb lub nacięcie na impulsatorze przecina linię pola magnetycznego sensora położenia wału. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego amplituda napięcia wygenerowana w czujniku położenia wału rośnie, dostarczając sterownikowi silnika niezbędnych danych.

Analiza przebiegu oscyloskopowego wymaga wstępnej informacji o kształcie koła impulsowego współpracującego z czujnikiem. W zależności od liczby zębów impulsatora oraz kształtów ich zarysów przebiegi sygnałów mają różnorodne formy. Niebagatelny wpływ na właściwą pracę magnetoindukycjnego czujnika położenia wału mają wszelkie zakłócenia elektromagnetyczne, które mogą przyczynić się do nieprawidłowości w pracy, jak i rozruchu jednostki napędowej. Dlatego dokładna analiza sygnału z czujnika powinna opierać się na szczegółowym przestudiowaniu oscylogramu – właściwy przebieg nie powinien zawierać szumów lub zniekształceń, które mogą świadczyć o występowaniu potencjalnej przyczyny zakłóceń (np. uszkodzeniu rozrusznika lub alternatora).

Kluczowym parametrem decydującym o jakości sygnału generowanego przez czujnik położenia wału jest wielkość szczeliny powietrznej między sensorem a kołem impulsowym. Zbyt duża szczelina może być powodem problemów z uruchomieniem silnika oraz zaburzać jego pracę. Najczęstszym powodem braku zachowania wymaganej wielkości szczeliny jest niewłaściwe zamocowanie czujnika położenia wału lub „bicie” koła impulsatora. Do usterek związanych z naruszeniem mocowania czujnika lub uszkodzeniem tarczy impulsatora dochodzi dosyć często w wyniku zdarzeń wypadkowych pojazdu lub niewłaściwie przeprowadzonych napraw. Przykładem tego typu uszkodzenia jest powyginanie tarczy impulsatora w samochodzie marki Citroën, którego powodem były siłowe próby zespolenia automatycznej skrzyni biegów z silnikiem po naprawie przekładni. Charakterystycznym objawem, który występował po naprawie automatycznej skrzyni w Citroënie, były problemy z uruchomieniem silnika oraz niestabilna praca na biegu jałowym.

Uszkodzenie tarczy impulsatora zdiagnozowano przy wykorzystaniu oscyloskopu. Sygnał generowany przez czujnik miał nieregularny kształt, co pozwoliło wstępnie ustalić, że przyczyna może być związana z kołem impulsatora.


TOP w kategorii




Czujniki wykorzystujące zjawisko Halla

Drugim najczęściej spotykanym rodzajem czujników położenia wału korbowego są czujniki wykorzystujące zjawisko Halla, w których napięcie generowane jest przez elektroniczny element sensora (tzw. hallotron) w zależności od tego, czy ten element przebywa w obszarze pola elektromagnetycznego, czy też nie. Przetwornik hallotronowy umieszczony jest między tarczą wirnika impulsatora a magnesem trwałym. Tarcza ma odpowiednio ukształtowane wycięcia lub jest to rodzaj wirnika ferromagnetycznego. W wyniku obrotu tarczy generowane jest napięcie o prostokątnym przebiegu, które nie jest zależne od prędkości obrotowej wału korbowego silnika, lecz od rodzaju zastosowanego układu elektronicznego (najczęściej 5 V lub 12 V). Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego rośnie częstotliwość sygnału wytwarzanego przez czujnik hallotronowy.

Halotronowe czujniki położenia wału korbowego oraz wału rozrządu są znacznie bardziej odporne na zakłócenia, jednak wymagają źródła zasilania. Odpowiednia strategia diagnostyki czujników Halla powinna obejmować sprawdzenie ciągłości przewodów od sterownika do sensora oraz pomiar napięcia ich zasilania i ewentualnego zwarcia do masy. Należy zwrócić uwagę na zróżnicowane poziomy napięcia zasilania czujnika (5 V lub 12 V) oraz bezwzględnie pamiętać, że czujnik nie powinien być mierzony omomierzem, gdyż może to spowodować jego potencjalne uszkodzenie.

Zadania czujników

Zadaniem czujników położenia wałka rozrządu jest dostarczenie sterownikowi silnika informacji o dokładnym kątowym położeniu wałka rozrządu względem wału korbowego. Dodatkowo sygnał z czujnika położenia wałka rozrządu może zostać wykorzystany do awaryjnego rozruchu i pracy silnika w sytuacji, gdy zostanie uszkodzony czujnik położenia wału korbowego (np. układ sterujący pracą silnika wysokoprężnego typu Bosch EDC 16). Miejscem mocowania sensora położenia wałka rozrządu może być obudowa pokrywy zaworowej – wtedy czujnik sterowany jest przez koło impulsowe, które jest częścią wałka rozrządu zaworów dolotowych – lub przestrzeń pod kołem zębatym napędu rozrządu zespolonym z kołem impulsowym.

W przypadku uszkodzenia czujnika położenia wałka rozrządu dalsza praca silnika jest możliwa, gdyż sterownik silnika będzie regulował pracę jednostki napędowej tylko sygnałem z czujnika położenia wału korbowego. Jednak z uwagi na brak możliwości określenia dokładnej pozycji wałka rozrządu i identyfikacji poszczególnych suwów silnika czas rozruchu jednostki napędowej ulegnie znacznemu wydłużeniu. Dodatkowo sygnał z czujnika położenia wałka rozrządu zostaje wykorzystany przez sterownik jednostki napędowej do regulacji stopnia spalania stukowego, jak i wysterowania elektrozaworu zmieniacza faz rozrządu.

Czujnik nie zawsze winny

Podczas diagnozowania awarii czujników położenia wału korbowego/rozrządu należy pamiętać, że błędy zapisane w pamięci sterownika dotyczące braku właściwej synchronizacji rozrządu mogą wynikać zarówno z uszkodzenia danego czujnika, jak i błędnie ustawionych faz rozrządu. Zastosowanie oscyloskopu dwukanałowego i podgląd sygnałów z czujnika wału korbowego i czujnika wałka rozrządu wyświetlonych na wspólnym ekranie okazują się pomocne w ocenie zgodności faz rozrządu. Niejednokrotnie przyczyną zarejestrowania usterek bywa nadmiernie wyeksploatowany łańcuch napędu układu rozrządu lub problem z układem stabilizacji (ślizgi prowadzące łańcuch) czy też nieprawidłowe napięcie łańcucha.

Podstawową różnicą między czujnikami położenia wału korbowego/wałka rozrządu typu magnetoindukcyjnego a sensorami skonstruowanymi w oparciu o zjawisko Halla jest to, że sygnał napięciowy czujników Halla nie jest zależny od prędkości obrotowej. Należy pamiętać, że zastosowanie multimetru do pomiaru rezystancji czujnika magnetoindukcyjnego jest procesem całkowicie bezpiecznym, w odróżnieniu od próby zmierzenia oporności czujnika Halla, która może zakończyć się potencjalnym uszkodzeniem tego sensora.

Udostępnij:

Drukuj





Mariusz Leśniewski



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również