Mech Poj Aktor 5 pdf

Ćw. 5

Instrukcja do laboratorium

Mechatronika pojazdów

Aktoryka

Dariusz Karkosiński

Katedra Inżynierii Elektrycznej
Transportu
Gdańsk,

2

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

1. WPROWADZENIE
Aktuatoryka - (ang. actuator - urządzenie uruchamiające, nastawnik) aktoryka, jest
dziedziną mechatroniki pojazdów zajmującą się budową i sterowaniem urządzeń wykonawczych, realizujących zadania ruchowe i siłowe eliminując tym samym bezpośredni udział człowieka w sterowaniu. Współczesne pojazdy samochodowe wyposażone w sterowniki silnika,

trakcji, bezpieczeństwa i komfortu muszą być wyposażone w urządzenia wykonawcze. Sterowniki mikroprocesorowe sterowniki elektroniczne jednostki sterujące pojazdów sterują i regulują, między innymi:
 dawką paliwa;
 przepustnicą powietrza;
 zapłonem mieszanki;
 ciśnieniem paliwa;
 recyrkulacją spalin;
 odprowadzaniem par paliwa;
 geometrią kolektora dolotowego;
 turbodoładowaniem;
 fazami rozrządu;
 ciśnieniem hamowania;
 momentem wspomagania kierownicy;
 temperaturą w kabinie.
Wymienione parametry mogą być zmieniane, w różnych modelach i rocznikach pojazdów, za
pomocą aktuatorów różnej budowy i zasady działania. Przykładowe fragmenty schematów elektrycznych samochodów z urządzenia wykonawczymi przedstawiono na rys. 1 i 2. W p. 1.1. do
1.8. opisano budowę i podano skrótowo zasady działania przykładowych urządzeń wykonawczych stosowanych w pojazdach.

Aktoryka

3

Rys. 1. Fragment instalacji z aktoryką samochodu BMW, gdzie: B1 - czujnik temperatury silnika, B2 - przepływomierz
powietrza z czujnikiem temperatury zasysanego powietrza, B3 - czujnik prędkości obrotowej silnika, E1 - rozdzielacz
zapłonu 6-cyl., S1 - przełącznik przepustnicy, T1 - cewka zapłonowa, X1 - złącze diagnostyczne, Y1 - zawór biegu jałowego, Y2 - zawór regeneracji filtra z węglem aktywnym, Y3 - wtryskiwacze, K1 - przekaźnik główny

Rys. 2. Fragment instalacji z aktoryką samochodu VW, gdzie: B1 - Map-sensor, B4 - zespół przepustnicy elektronicznej,
Y1 - wtryskiwacze, Y5 - elektrozawór modulacji podciśnienia

4

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

. . Zawór powietrza dodatkowego
Zadaniem zaworu jest dostarczenie dodatkowej ilości powietrza podczas rozruchu zimnego silnika. Zawór powietrza dodatkowego stosowany jest w starszych systemach wtrysku. Jest
to zawór elektromechaniczny z przesuwną przesłoną. Zmiana położenia przesłony realizowana
jest podgrzewanym elektrycznie bimetalem - rys. 3. Zawór mocowany jest do korpusu silnika
pojazdu. W stanie zimnym kanał jest otwarty. W miarę nagrzewania silnika przesłona stopniowo
przymyka prześwit kanału obejściowego zespołu przepustnicy, aż do całkowitego zamknięcia.
Zawór pozostaje zamknięty do czasu, aż temperatura silnika obniży się.

Rys. 3. Termobimetalowy zawór powietrza dodatkowego

. . Zawór biegu jałowego elektromagnetyczny obrotowy 2-przewodowy
Zawór regulacji prędkości obrotowej biegu jałowego stosowany jest m.in. w układach
serii Motronic. Umiejscowiony jest w kanale obejściowym zespołu przepustnicy. Jest to 2przewodowy zawór elektromagnetyczny sterowany elektronicznie z obrotowym rdzeniem zawierającym jedno uzwojenie - rys. 4. Sterownik silnika podając ujemny sygnał o zmiennym
współczynniku wypełnienia na uzwojenie, powoduje obrót przesłony, pokonując siłę sprężyny
powrotnej. Powoduje to zwiększenie prędkości obrotowej silnika. Brak sygnału, np. w trybie
awaryjnym, oznacza powrót przesłony do pozycji przymkniętej, a tym samym zmniejszenie
prędkości obrotowej biegu jałowego silnika. Zamknięcie zaworu następuje przy około 35% a
otwarcie przy około % współczynnika wypełnienia sygnału zasilającego uzwojenie elektromagnesu.

Aktoryka

5

Rys. 4. Zawór biegu jałowego elektromagnetyczny obrotowy 2-przewodowy

. . Zawór biegu jałowego magnetoelektryczny obrotowy 3-przewodowy
Zawór służy do regulacji prędkości obrotowej biegu jałowego. Umiejscowiony jest w
kanale obejściowym zespołu przepustnicy. Jest to 3-przewodowy zawierający dwa uzwojenia

zawór magnetoelektryczny z rdzeniem obrotowym sterowany elektronicznie - rys. 5. Uzwojenia
te powodują, pod wpływem zasilania ich napięciami o różnicowym współczynniku wypełnienia
zmianę położenia wektora wypadkowego pola magnetycznego rdzenia obrotowego. Kierunek
wektora pola magnetycznego rdzenia dążąc do pokrycia się z wektorem pola magnesu stałego
stojana zaworu, tworzy moment obrotowy powodujący obrót przesłony do pozycji wynikającej z
wartości współczynnika wypełnienia napięć zasilających zawór biegu jałowego.

6

1.4.

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

Rys. 5. Zawór biegu jałowego magnetoelektryczny obrotowy 3-przewodowy

Zawór regeneracji zbiornika z węglem aktywnym

Jest to zawór elektromagnetyczny, który po załączeniu silnika i jego nagrzaniu otwierany
jest przez sterownik silnika, powodując przepływ węglowodorów ze zbiornika z węglem aktywnym do kolektora dolotowego za przepustnicę powodując regenerację filtra - rys. 6.

Rys. . Zawór regeneracji zbiornika z węglem aktywnym

1.5.

Elektrozawór modulacji podciśnienia

Jest to zawór elektromagnetyczny stosowany w układach EGR do sterowania zaworem
recyrkulacji, a także w układzie turbosprężarki do sterowania jej wydajnością. Sterownik syste-

Aktoryka

7

mu wysyłając impulsy o określonym współczynniku wypełnienia do cewki elektromagnesu zaworu wytwarza wibracje rdzenia elektromagnesu - rys. . Wibracje te w oparciu o wartości ciśnienia atmosferycznego i podciśnienia pobieranego np. z serwomechanizmu układu hamowania modulują na wyjściu zaworu podciśnienie w przedziale 30-600 mm Hg. Przy braku sygnału
ze sterownika na wyjściu zaworu panuje ciśnienie atmosferyczne.

Rys. . Elektrozawór modulacji podciśnienia

1.6.

Zespół przepustnicy systemu Mono-Jetronic

W skład zespołu przepustnicy wchodzi:
 czujnik położenia przepustnicy- potencjometr omówiony w ćwiczeniu ,
 nastawnik przepustnicy z czujnikiem Halla.
Nastawnik przepustnicy - rys. 8., składa się z silniczka prądu stałego wraz z przekładnią ślimakowa oddziałującą bezpośrednio na dźwignie przepustnicy. W zależności od kierunku obrotu
silnika wałek napędowy wysuwa się na zewnątrz lub cofa się, powodując otwieranie lub też
przymykanie przepustnicy. Nastawnik może maksymalnie uchylić przepustnicę do 180 - 240.
Zadaniem nastawnika jest korygowanie ustawienia przepustnicy na biegu jałowym tak, aby silnik pracował stabilnie niezależnie od temperatury cieczy chłodzącej i stopnia zużycia silnika.
Wewnątrz nastawnika umieszczony jest wyłącznik biegu jałowego do przekazywania informacji
do sterownika o zamknięciu przepustnicy.

8

1.7.

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

Rys. 8. Zespół przepustnicy Mono-Jetronic

Zespół przepustnicy elektronicznej

Elektroniczny układ sterowania przepustnicą zastępuje mechaniczne cięgno rozpięte
pomiędzy pedałem przyspieszenia a osią przepustnicy. Pozwala to regulować prędkość obrotową biegu jałowego za pomocą zmian położenia przepustnicy, a nie jak w tradycyjnym układzie
poprzez domykanie i otwieranie kanału obejściowego, np. silniczkiem krokowym lub zaworem
biegu jałowego. Jednocześnie przepustnica może zostać otwarta niezależnie od położenia pedału
przyspieszenia, dzięki czemu zmniejszone zostają straty związane z dławieniem. Elektronicznie
sterowana przepustnica umożliwia zarówno automatyczne zmniejszenie, jak i zwiększenie momentu obrotowego bez zwiększania emisji związków toksycznych w spalinach. Zespół sterujący
przepustnicą elektroniczną składa się z trzech podstawowych części - rys.9 :
 czujnika pedału przyspieszenia,
 sterownika,
 zespołu sterującego przepustnicy.
Zespól przepustnicy elektronicznej składa się z - rys.10:
 korpusu przepustnicy,
 napędu przepustnicy - silnik elektryczny wraz przekładnią,
 czujników położenia napędu przepustnicy.
Na podstawie sygnałów z czujników pedału przyspieszenia sterownik ustala położenie przepustnicy poprzez wysterowanie silnika elektrycznego napędu przepustnicy. Jednocześnie położenie przepustnicy jest ciągle kontrolowane przez sterownik na podstawie sygnałów pomiarowych z czujników położenia przepustnicy. Czujniki położenia pedału przyspieszenia jak i położenia przepustnicy zostały podwojone dla zapewnienia bezpieczeństwa. Celowo maja one odwróconą charakterystykę. Całkowite zamknięcie przepustnicy może grozić powstaniem zbyt
niskiego ciśnienia w kolektorze dolotowym. W związku z tym konstrukcja elektronicznie sterowanej przepustnicy jest uzupełniona o tzw. zderzaki. Elementy mechaniczne lub elektryczne
pozwalające na identyfikację położenia przepustnicy lub zabezpieczające przed nieprawidłowym jej położeniem.

Aktoryka

9

Rys. 9. Schemat sterowania przepustnicą elektroniczną

Rys. 10. Budowa przepustnicy elektronicznej

.8. Zespół przepustnicy z nastawnikiem biegu jałowego
Tego typu nastawnik spotykany jest w układach sterowania przepustnicy Motronic. Podczas częściowego i pełnego obciążenia silnika sterowanie przepustnicą odbywa się poprzez cięgno połączone z pedałem przyspieszania - rys. . Na biegu jałowym sterowanie przepustnicy
przejmuje nastawnik. Nastawnik przepustnicy może zamknąć przepustnicę całkowicie lub otworzyć ją do o kąt ° liczony od położenia spoczynkowego. Kąt obrotu przepustnicy ustawiany
jest za pomocą impulsowego sygnału o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia impulsów. Długość impulsu jest bardzo duża dla zamknięcia przepustnicy i bardzo mała
dla jej pełnego otwarcia. Zadaniem nastawnika jest korygowanie ustawienia przepustnicy na
biegu jałowym tak, aby silnik pracował stabilnie. W przypadku uszkodzenia elektrycznego mechanizmu uruchamiającego lub uszkodzenia silnika elektrycznego, sprężyna odpowiedzialna za
awaryjny tryb pracy przesuwa przepustnicę w określone położenie awaryjnego trybu pracy.

10

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

Rys.

. Budowa przepustnicy z nastawnikiem biegu jałowego

2. STANOWISKO LABORATORYJNE

Stanowisko laboratoryjne jest zbudowane w postaci stelaża, w którym umieszczane są
panele poszczególnych badanych urządzeń, zasilaczy oraz przyrządów pomiarowych - fot. 1.
Każdy panel ma kod identyfikacyjny [ ]. Do dyspozycji jest moduł pomiarowy z miernikiem
uniwersalnym, diodowy wskaźnik napięcia, anemometr - miernik przepływu. Dodatkowym
przyrządem jest przeciwsobny regulator współczynnika wypełnienia. Do zasilania stanowiska
wykorzystuje się transformator bezpieczeństwa i widoczny w prawy dolnym rogu autotransfomator obniżający napięcie. Poszczególne panele łączy się ze sobą za pomocą mostków i przewodów laboratoryjnych, czerwonych dla bieguna dodatniego wyjść zasilaczy, a czarnego dla masy.
3. PRZYGOTOWANIE DO ĆWICZENIA

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy na podstawie materiałów z wykładu oraz
literatury przygotować:
a. liczbowe oznaczenia potencjałów w instalacjach samochodowych, jak np. 30 - biegun
dodatni akumulatora, 15 - wyjście styku włącznika zapłonu stacyjki .
b. rysunek z przykładowym przekrojem silnika spalinowego i rozmieszczeniem urządzeń
wykonawczych.

Aktoryka

11

Fot.1. Widok stanowiska laboratoryjnego „Aktoryka”

4. PRZEBIEG ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasad działania urządzeń wykonawczych - aktuatorów w pojazdach samochodowych.

4.1. Poznanie stanowiska laboratoryjnego i obiektu badań

Przy odłączonym zasilaniu stanowiska należy zapoznać się z elementami stanowiska
opisanego w p. 2. Należy zidentyfikować wszystkie urządzenia obsługi stanowiska, szczególnie
umiejscowienie włącznika zasilania. Rozpoznać wszystkie znajdujące się na stelażu urządzenia
wykonawcze - aktuatory i ich przeznaczenie.
Następnie wykonać połączenia mostkowe wszystkich widocznych na fot. 1. zasilaczy.

4.2. Sprawdzanie elektromagnetycznego zaworu biegu jałowego
Podłączyć zacisk WY1 przeciwsobnego regulatora współczynnika wypełnienia do zacisku zaworu - rys. 12. Włączyć zasilanie

V i nastawić częstotliwość współczynnika wypełnia impulsu na wartość
(z. Regulując współczynnikiem wypełnienia w pełnym zakresie
obserwować stan pracy zaworu. Zanotować spostrzeżenia.
Powyższe powtórzyć dla częstotliwości mniejszej od
(z i większej od
(z.
Sprawdzić zachowanie się zaworu podczas czyszczenia tj. przy
(z i %.

12

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

Rys.12. Schemat połączeń do sprawdzenia elektromagnetycznego zaworu biegu jałowego

4.3. Sprawdzanie magnetoelektrycznego zaworu biegu jałowego
Podłączyć zacisk WY i WY przeciwsobnego regulatora współczynnika wypełnienia do
zacisków zaworu - rys. 13. Włączyć zasilanie
V i nastawić częstotliwość współczynnika
wypełnia impulsu na wartość
(z. Regulując współczynnikiem wypełnienia w pełnym zakresie obserwować stan pracy zaworu. Zanotować spostrzeżenia.
Powyższe powtórzyć dla częstotliwości mniejszej od
(z i większej od
(z.
Sprawdzić zachowanie się zaworu podczas czyszczenia tj. przy
(z i %.

Rys. 13. Schemat połączeń do sprawdzenia magnetoelektrycznego zaworu biegu jałowego

Aktoryka

13

4.4.Sprawdzanie zaworu regeneracji filtra z węglem aktywnym
Podłączyć zacisk WY i WY przeciwsobnego regulatora współczynnika wypełnienia do
zacisków zaworu - rys. 15. Włączyć zasilanie
V i nastawić częstotliwość współczynnika
wypełnia impulsu na wartość
(z. Regulując współczynnikiem wypełnienia w pełnym zakresie obserwować stan pracy zaworu. Zanotować spostrzeżenia.
Powyższe powtórzyć dla częstotliwości mniejszej od
(z i większej od
(z.

Rys. 15. Schemat połączeń do sprawdzenia zaworu regeneracji filtra z węglem aktywnym

4.5. Sprawdzanie elektromagnetycznego zaworu EGR

Podłączyć zacisk WY przeciwsobnego regulatora współczynnika wypełnienia do zacisku zaworu - rys. 16. Włączyć zasilanie
V i nastawić częstotliwość współczynnika wypełnia impulsu na wartość
(z. Regulując współczynnikiem wypełnienia w pełnym zakresie
obserwować stan pracy zaworu. Zanotować spostrzeżenia.
Powyższe powtórzyć dla częstotliwości mniejszej od
(z i większej od
(z.
Sprawdzić zachowanie się zaworu podczas czyszczenia tj. przy
(z i %.

14

Katedra Inżynierii Elektrycznej Transportu

Rys. 16. Schemat połączeń do sprawdzenia zespołu przepustnicy elektronicznej

4.6. Sprawdzanie zespołu przepustnicy elektronicznej
Podłączyć zacisk WY przeciwsobnego regulatora współczynnika wypełnienia do zacisków napędu przepustnicy - rys. 17. Podłączyć jeden zacisk potencjometru przepustnicy do
miernika uniwersalnego pomiar napięcia , a drugi do diodowego wskaźnika napięcia. Włączyć
zasilanie (15) 12V i nastawić częstotliwość współczynnika wypełnia impulsu na wartość
(z.
Regulując współczynnikiem wypełnienia w pełnym zakresie obserwować stan pracy przepustnicy i notować wartości napięć.

Rys. 17. Schemat połączeń do sprawdzenia zespołu przepustnicy elektronicznej

Aktoryka

15

4.7.Sprawdzanie zespołu przepustnicy z nastawnikiem biegu jałowego
Podłączyć zacisk WY przeciwsobnego regulatora współczynnika wypełnienia do zacisków napędu przepustnicy - rys. 18. Podłączyć jeden zacisk potencjometru przepustnicy do
miernika uniwersalnego pomiar napięcia , a drugi do diodowego wskaźnika napięcia. Włączyć
zasilanie (15) 12V i nastawić częstotliwość współczynnika wypełnia impulsu na wartość
(z.
Regulując współczynnikiem wypełnienia w pełnym zakresie obserwować stan pracy przepustnicy i notować wartości napięć: B
- cały zakres wychyleń wysterować ręcznie , B
- zakres
wychyleń dla biegu jałowego.
Zaobserwować chwilę załączenia styku sygnalizacji biegu jałowego S57.

Rys. 18. Schemat połączeń do sprawdzenia zespołu przepustnicy z nastawnikiem biegu jałowego

5. SPRAWOZDANIE
Sprawozdanie powinno zawierać:
a. obserwacje działania urządzeń wykonawczych;
b. wyznaczone z pomiarów parametry i zależności.

LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]

Dziubiński M., Ocioszyński J., Walusiak S.: Elektrotechnika i elektronika samochodowa.
Wydawnictwo Uczelnianie Politechniki Lubelskiej, Lublin, 1999
Denton T.: Automobile Electrical and Electronic Systems, Elservier, Oxford 2004
Mikroelektronika w pojazdach samochodowych, z cyklu Informatory techniczne Bosch,
Praca zbiorowa. WKiŁ
Sterowanie silników o zapłonie iskrowym. Układy Motronic,z cyklu Informatory techniczne
Bosch, Praca zbiorowa. WKiŁ
Sterowanie silników o zapłonie samoczynnym, z cyklu Informatory techniczne Bosch, Praca zbiorowa. WKiŁ
Opis ćwiczeń "Podzespoły wykonawcze, zawory", "Zespoły przepustnic", Mechatronika,
Poznań