Motor last Motoren er et kraftverk som produserer kraft ut fra forbrenning av bensin. Bensinen gir mest effekt når den forbrenner ved riktig forhold luft bensin, som er gitt ved stoichiometric mixture ratio definert til 14,7 kg luft til 1 kg med bensin. Luft/bensin forholdet λ (lambda) indikerer om det overvåkede forholdet til luft/bensin avviker fra det teoretiske idealet. λ = Indusert luft masse Teoretisk luft krav Så for ikke å få en lik kraft ut fra motoren hele tiden begrenses mengden luft som slippes inn i motoren. Luftmengden måles av sensorer, og mengden bensin som skal tilsetes beregnes av motorstyringen. Så når motoren får maks begrensing på luften (lite gass) vil motoren være under liten last, mens når motoren har minimal begrensing av luften (full gass) vil motoren være under stor belastning. For å oppnå mer kreft fra en motor må det en kraftigere eksplosjon til som altså krever mer luft, dette kan oppnås ved større motorvolum, mindre motstand for luften i innsug/ eksos, indusere luften med trykk (luften blir trykket inn i sylindrene istedenfor at motoren suger selv), dette oppnåes ved en kompressor. Dette belastningsområdet fra minimum gass og maksimum gass (maksimalt og minimalt med luft som kan komme inn i motoren), blir delt inn i vanligvis 16 plasser, disse 16 plassene kan du i motorstyringen justere mengden bensin sånn at motoren får en forbrenning så lik λ=1 som mulig. Hensyn må også taes til turtallet motoren arbeider på. Temperatur [ 0 c] 0 50 100 200 300 Tabell 1. Lufttemperatur Luftvekt sammenheng. Ca teoretisk vil vi få 100hk ved 0,5 liter bensin. Tyngde [Kg/M 3 ]=(kg/1000l) 1,251 1,057 0,916 0,722 0,596
Sensorer Temperatursensorer Motor- temperatur sensor Den er installert i kjølevann omløpet til motoren, brukes av motorstyringen til å regne ut motorens temperatur (område fra -40 +130 0 C). Luft- temperatur sensor Den er installert i luft inntaket. Sammen med luft trykk sensoren, blir signalet brukt til å beregne massen til den inntatte luften. (område fra -40 +130 0 C). Motor- olje temperatur sensor Signalet fra denne sensoren blir brukt til å regne ut sørvis intervallene (område -40...+130 0 C). Design og virkemåte. Det finnes mange forskjellige varianter av temperaturmålere. En temperaturavhengig halvleder blir plassert i en enhet. Motstanden er vanligvis av NTC (Negative Temperature Coefficien) men det blir også brukt PTC (Positive Temperature Coefficient). Med NTC faller motstanden når temperaturen øker, og med PTC øker motstanden. Den målende motstanden er en del av en spenningsdeler nettverk der 5V blir påført. Spenningen målt over måleresistansen blir dermed temperaturavhengig. Dette signalet blir deretter digitalisert i en A/D konverter. I hjernen blir signalet omregnet til en nøyaktig temperatur, gjerne ved hjelp av en nøyaktig kurve/tabell for motstanden som gir riktig verdi fort istedenfor utregninger.
Micromechanical pressure sensors Bruksområde Manifoil trykk eller turbo trykk sensor. Denne sensoren måler absolutt trykket i inntak manifoilen mellom kompressoren og motoren og sammenligner det med et referansevakuum, ikke det trykket som er utenfor motoren. Dette gjør at luftmassen kan bli nøyaktig beregnet, og kompressor/turbo trykket nøyaktig kontrollert etter motor kravene. Atmosfærisk trykk sensor Denne sensoren er gjerne plassert i motorstyringsenheten eller i motorrommet. Signalet fra den blir brukt til den delen av programvaren som gir korreksjon for høyden, til de verdiene som er programmert inn i tabellene. Dette gir mulighet for at forandring i tettheten til luften blir tatt hensyn til i programvaren. Atmosfærisk trykk sensoren måler absolutt trykk (60 115 kpa eller 0.6-1.15 bar). Olje og bensin- trykk sensor Oljetrykk sensoren er installert i olje filteret og måler oljens absolutte trykk. Dette blir da brukt til å bestemme motstanden i filteret, som gir informasjon til sørvis displayet. Trykk rekkevidden er fra 50 1000kPa eller 0.5 10.0 bar. Sensoren tåler også å kunne brukes som trykkmåler i bensin systemets lavtrykk del. Sensoren er ofte plassert i eller på bensinfilteret. Signalet blir brukt til å ha oversikt over forurensing i bensinfilteret. (målerekkevidde: 20 400kpa eller 0.2..4 bar). Versjon med referansevakuum på komponentsiden. Design og konstruksjon. Måleelementet er hjerte i en mikromekanisk trykk sensor. Den er laget av en silicon chip med 4 deformasjons motstander på, disse motstandene forandrer motstandsverdi når dem blir strekt. Chipen har blitt etset på et område, så den har en veldig tynn flate som er i kontakt med lufta som trykket skal måles, og på den andre siden er det et referansevakuum. Sensoren kan også ha innebygd en temperatur måler som er plassert sånn at den vill stå inn i manifoilen der sensoren blir plassert. Signalet til temperaturmåleren kan bli evaluert uavhengig av trykk sensoren. Så det er ikke behov for mer enn en sensor i innsuget for temperatur og trykk. Hvordan den fungerer Den tynne platen på chipen deformerer seg mer eller mindre (10 1000µm) etter hva trykk den måler. De fire deformasjons motstandene på flaten forandrer sin elektriske resistans som en funksjon av det mekaniske stresset som resultat av trykket (piezoresistive effekt).
De fire motstandene er plassert på chipen så når flaten blir deformert, vil resistansen til to av dem øke og to vil minske. Plassering av motstandene vist i Figur 1. og Figur 3. Figur 1. Figur 2. Motstandene gir en Wheatstone bridge (figur 2), der en forandring i motstandsverdiene gir en forandring i spenningsforholdet over dem. Dette fører til en forandring i den målte spenningen Um. Denne svake spenningen er dermed et mål på trykket som er på flaten. Den målte spenningen er større i denne sammenkoblede kretsen en den hadde vært med bare en motstand. Wheatstone bridge kretsen gir dermed høyere sensitivitet til sensoren. På sensoren er det integrert en signalbehandlende krets som forsterker spenningen fra motstandene, kompenserer for temperatur og linieariserer trykk kurven. Utspenningen er mellom 0 5V. 0V skal tilsvare 0psi trykk, 3V = atmosfærisk trykk ved havnivå.3.1v = feil i vanlig ecu. 5V=11.3lb = 0.779135bar tykk. Figur 3. Plasering av deformeringsresistansene på chipen
Sensor-flap (impact-pressure) air-flow sensor LMM Bruksområde Sensor- plate luft mengde måler blir fortsatt brukt på mange motorer utstyrt med l-jetronic eller M- Motronic. Den blir installert mellom luftfilteret og gasspjeldet. Den måler luftmengden ved at den ser hvor langt platen blir skubbet og kan dermed regne ut hvor mye luft som går forbi den. Design og virkemåte Luftmengdemålerens bevegelige sensor plate gir en variabel åpning for luften. Den innkommende luften treffer platen og presser den ned mot en konstant kraft fra en fjær. Det åpne rommet som luften kan strømme i blir større desto mer luften presser platen ned. Forandringen i det åpne rommet luften kan strømme i som en funksjon av hvor luftmengdemåler platen er har blitt valgt så dem har en logaritmisk sammenheng. Dette da mellom sensorplatens vinkel og mengden luft som blir dratt inn i motoren. Dette fører dermed til stor nøyaktighet i sensoren. Som er viktig ved små luftmengder, nøyaktigheten er 1 3 % av den målte verdien gjennom en rekkevidde definert av Qmax:Qmin = 100:1 (Q=luftmengde) Sensor plate vinkelen blir målt ved hjelp av et potentiometer som overfører det til en utspenning Ua. For å slippe problem med temperatur nøyaktighet og gamle motstander er det bare resistans forhold som blir evaluert. Et annet fenomen som må taes hensyn til er inntaks eller induksjonsslagene fra de individuelle sylindrene. Disse genererer oscillasjoner i inntaksmanifoilen som luftmengdemåleren bare kan måle om til ca 10Hz. For å holde disse effektene nede til et minimum har måle platen en kompensasjons platte koblet til, som i kombinasjon med ett dempekammer demper oscillasjonene til den pulserende luften. Istedenfor den ønskede luftmengden som er proporsjonal med produktet til ρ υ, gir målinger i følge impact- pressure principel målinger av mengde som er proporsjonal med Dette betyr at tetthet kompensasjon er nødvendig (luft temperatur, luft trykk) ρ υ.
Two- step Lambda oxygen sensor Bruksområde: Blir brukt i bensinmotorer hvor lambda kontroll blir brukt. Sensoren stikker inn i eksosrøret mellom motorens eksos manifoil og katalysatoren, og registrerer eksosen som går forbi. to stegs sensorer registrerer oksygen innholdet i eksosgassen og sammenligner det med en referanse atmosfære inne i selve sensoren. Sensoren kan dermed indikere om luft/bensin forholdet er rich ( λ π 1) eller lean ( λ φ 1). Utspenning av sensoren vist i figur 4. Figur 4. Utspenning i forhold til luftmengde λ. Litt variasjon med temperaturen. Design og konstruksjon. To brukte lambdasonder (Bosch 0258001051) deler av den beskyttende hetten er kuttet vekk på den nederste sensoren for å vise det keramiske sensor elementet.
Sensoren består av en keramisk elektrolytt, som er en elektrolytt med en miks av zirconium og yttrium laga som en tube som er lukket i ene enden. Innside og utside flatene av elektrolytten har blitt dekt med et lag porøs platinum som fungerer som elektrodene. Platinum elektroden som er på utsiden av keramikken sitter inne i eksossystemet, og fungerer som en katalysator i miniatyr. Eksosen som treffer sensoren blir katalytisk behandlet så den blir i stoichiometric balance ( λ = 1). I tillegg er utsiden av elektroden dekket av et lag porøs keramikklag for å beskytte sensoren mot forurensing. Den keramiske delen er også beskyttet mot mekanisk skade eller temperatur sjokk av et perforert metall rør. Det er også vanlig at sensoren har et eget elektrisk varmeelement, dette gjør at sensoren kan brukes ved lav last på motoren (lav eksosgass temperatur) Det keramiske elementets temperatur er gitt av varmeelementet ved lave pådrag og av eksosen ved høye pådrag. Dermed kan sensoren brukes ved eksos temperaturer helt ned i 150 200 0 C. Dette medfører også at sensor verdiene kan benyttes allerede 20 30s etter at motoren blir startet fra kald tilstand. Virkemåte Sensoren fungerer etter prinsippet om galvanisk oksygenkonsentrasjon med fasttilstand elektrolytt (Nernst prinsippet). Som gir at ved en temperatur over 350 0 C vil keramikken i sensoren lede oksygen ion (mest effektive og stabile tilstanden er >> 350 0 C). Siden det er en voldsom forandring i oksygeninnholdet i området λ = 1 (for eksempel 9 10 15 Vol% for λ = 0. 99, og 0,2 Vol % ved λ = 1. 01), Dette fører til en spenning mellom sensorens ytre lag på grunn av forskjellen i oksygenkonsentrasjon på innsiden og utsiden av sensoren. Og vi kan dermed bruke eksosgass oksygenmengden til å måle luft/bensin forhold. Sensorens ut spenning Us er en funksjon av oksygeninnholdet i eksosen. I tilfellet rich A/F blanding ( λ π 1) gir den ut 800 1000 mv. For lean blanding ( λ φ 1) blir bare ca 100mV generert. Området mellom rich og lean Ureg er ca 450 500mV.
Trottle- valve sensor Bruksområde Gasspjeld sensoren registrerer vinkelen til gasspjeldet i en bensinmotor. Det brukes vanligvis som et ekstrasystem for å bestemme lasten til motoren, den kan også gi ekstra innformasjon om hvilket arbeidsregister motoren er i (tomgang, delvis last, full gass), den kan også brukes som en limp-home eller nødsignal i tilfelle hovedlast sensoren (luftmasse sensoren) svikter. Den kan også brukes som hovedsensor for å bestemme last, har sensoren to potensiometer med forskjellig verdier. Dette gjør at sensoren får den økte nøyaktigheten som trengst. Design og virkemåte. Gasspjeld sensoren er potensiometer som måler vinkelen til en rotasjon. Denne gir ut en eller to lineære kurver. Bevegelsen på gasspjeldet blir omgjort til et spenningsforhold Ua/Uv som er proporsjonal med spjeldet sin vinkel. Operasjons spenning Uv = 5V og Ua er målt spenning. Som beskyttelse mot overlastning er det en liten serieresistans (blir også brukt til kalibrering av null punkt).
Hall-effect phase sensors Bruksområde Motoren sin kamaksel roterer halvparten så raskt som veivakselen. Når et stempel er på vei mot TDC vil kamakselens rotasjons posisjon indikere om kammeret er i kompresjons eller eksos fase. Design og virkemåte Denne sensoren tar i bruk hall effect som navnet tilsier. Et ferromagnetisk hjul (med tenner, segmenter, eller en perforert rotor) roterer sammen med kamakselen. I sensorelementet er det plasert en Hall- effect IC mellom en permanentmagnet og hjulet. Som genererer et magnetisk felt spesielt for Hall elementet. Når en av tennene i hjulet passerer den strømførende sensoren, vil det magnettiskefeltets styrke på Hall-elementet bli forandret. Dette gjør at elektronene som går over elementet vill bli avledet mot den ene siden (vist i figur 5). Dette resulterer i en spenning (Hall voltage) som er i millivolt området, og som er uavhengig av farten mellom sensoren og trigger hjulet. Elektronikken i ICen i sensoren evaluerer signalet og gjør det om til et rektangulært signal med høy og lav. Vanligvis da standard 5v-0v signal. Figur 5. Hall-effect