Andurite ehitus ja tööpõhimõte (0)

OLULISEMATE ANDURITE TÖÖPÕHIMÕTE 
 Mootorielektroonika  seadmetest  moodustavad   andurid   ühe  suurema  osa.  Järgnevalt 
ongi toodud olulisemate andurite tööpõhimõtete kirjeldused. 
 
Temperatuuriandurid 
 
Temperatuuriandureid  kohtab  mootori   jahutusvedeliku   temperatuurianduritena, 
mootoriõli   temperatuurianduritena,  silindritele  antava  õhu  temperatuurianduritena  jne. 
Reeglina on need termistortüüpi andurid, mil e põhiosaks on  pooljuht , mida kutsutakse 
termistoriks.  Sel e  pooljuhi  omaduseks  on  temperatuuri  tõustes  vähendada  oma 
elektrilist  takistust. 
                       
 
   Termistor  
 
100000
90000
80000
70000
s
m
  h 60000
 o
 
50000
Juuresoleval näitel on toodud 
 
ce en
BOSCH  MED 17.4 temperatuuri-           40000
 
ésistan
anduri andmed 
 
R
30000
20000
10000
0
-30
-10
10
30
50
70
90
110
130
Température d'eau en °C
 
 
 
 
Pöörlemissageduste andurid 
 
Pöörlemissageduste  andurite  al   mõistetakse  põhiliselt   vänt -  ja  nukkvõl i 
pöörlemissageduste   andureid .  Informeerib  mootori  juhtarvutit  väntvõl i  või  nukkvõl i 
pöörlemissagedusest.  Need  andurid võivad olla: 
•  Indukti vandurid 
•  Hal ´i andurid 
•  Magnet-takistuslikud andurid 
 
Indukti vandurid on kõige rohkem levinenud. 
 Näiteks  väntvõl i  pöörlemissageduse   andur   kinnitatakse 
tavaliselt  hooratta  karteri  külge,  kuid  signaali  tekitav 
hammasvöö  on  hooratta  küljes.  Hammasvööl  on  üks 
hammas vahelt ära jäetud, et arvuti saaks täpselt määrata 
väntvõl i  asendit  (esimese  silindri  kolvi   ülemist   surnud 
seisu). 
Need  on  kontaktivabad  andurid,  kus  tänu  magnetvälja 
tugevuse  vaheldumisele  indutseeritakse  anduri  mähises 
  (6)  vahelduv  pinge.  Püsimagneti  (3)   magnetväli   muutub 
  tugevamaks  siis,  kui  anduri  südamiku  (5)  alt  li gub  läbi 
  andurketta  (8)  hammas  ja  magnetväli  nõrgeneb  si s,  kui 
südamiku  al a  jõuab  hambavahe.  Ind utseeritud  pinge 
vaheldumise  sagedus  sõltub  ham  maste  li kumise 
ki rusest, ehk  teisisõnu  – hammasketta   
pöörlemissagedu-
sest. Andurketas (8) pöörleb koos väntvõ l iga.    
 
 
 
1 – ühendusjuhe  arvutil   
e  
2 – anduri kere  
 
3 -  püsimagnet   
 
1mm 
4 - puks  
 
5 – anduri  südamik , mil  e alumine 
      ots moodustab mag  neti ühe  pooluse      
6 -  mähis   
 
7 - kinnitusava  
 
8 - andurketas  
 
 
 
 
Indukti vanduri tööpõhimõte  
Magnetvälja  tugevuse  muutumine  indutseerib  anduri  mähises  pinge,  mil e  tugevus 
sõltub  magnetvälja  tugevusest  ja  tema  muutumise  ki rusest.  Kuna  magnetvälja 
muutumise  sagedus  sõltub  andurketta  pöörlemise  sagedusest,  si s  ka  mähises 
indutseeritava pinge muutmise sagedus sõltub andurketta pöörlemissagedusest. Anduri 
ja andurketta hammaste vaheline  pilu  on täpselt määratletud ja mõnedel (vanematel) mudelitel 
on see reguleeritav.  
Pärast  andurite  signaalide  läbitöötamist  on  arvuti  võimeline  igal  hetkel  määrama 
väntvõlli  pöörlemissageduse 
Väntvõl i  pöörlemise  alguse   signaal   (R)  on  väga  nõrk  (mõni  mV)  ja  seetõttu  tugevalt 
mõjutatav mitmesugustest häiretest. 
Väntvõl i  pöörlemissageduse  tõustes  tõuseb  ka  anduri  mähise  pinge,  mis  väntvõl i 
suurematel  pöörlemissagedustel  võib   tõusta   mitmesaja  voldini.  See  nõuab   arvutile  
tervet  rida kaitsemeetmeid.  
V = Anduri mähises indutseeritav pinge 
Т = Aeg  
R = Väntvõl i pöörlemise algus  
А = Väntvõll ei pöörle  
 
  
 
 
 
AKTIIVSED ANDURID  
Andurit  nimetatakse  akti vseks,  kui  tema  tööks  on  vajalik  väline   toitepinge ,  mil e 
puudumisel andur elektrilisi impulsse ei genereeri.  
Tänu  oma  väikestele  mõõtudele  ja  väikesele  massile  saab  akti vandureid  paigaldada 
rattalaagri juurde. Sel isel juhul on anduriketas sisse ehitatud laagri separaatorisse ning 
andurikettaks on vahelduv magnetväli. 
Reeglina  on  akti vsete  anduritena  kasutusel  Hal i  efektil  põhinevad  või  si s  magnet-
takistuslikud  andurid.  Nende  andurite  poolt  genereeritava  signaalpinge  suurus  ei  sõltu 
andurketta  pöörlemissagedusest,  nagu  see  oli  induktiivanduritel.  Küll  on  aga  signaali 
vaheldumise  sagedus  proportsionaalne  ratta  pöörlemissagedusega,  nagu  see  oli  ka 
indukti vanduritel. 
Akti vsetelt  anduritelt  antakse   digitaalne   signaal  arvutile  ühe  juhtme  kaudu.  Võrreldes 
indukti vanduritega, on sel isel ülekandemeetodil vähem võimalusi häirete tekkeks. 
Akti vsete andurite  eeliseks  indukti vandurite ees on veel: 
• 
  Peale pöörlemissageduse, võimaldab anda infot ka pöörlemissuuna kohta 
• 
  Annab diagnostilist infot ka anduri ja anduriketta vahelisest pilust 
 
Hal `i  efektil põhinevad aktiivsed andurid 
Halli  efekt:  eelpingestatud  pooljuhis  indutseeritakse  magnetvälja  mõjutusel 
eelpingestusega  ristisuunaline  pinge,  mil e  suurus  sõltub  magnetvälja  tugevusest  ja 
suund magnetvälja  suunast .  
Halli  efektil  põhineval  pöörlemissageduse  anduri  pooljuhi  juurest  li gub  mööda 
anduriketas,  mil es  on  vahelduv  magnetväli.  See  vahelduv  magnetväli  genereerib 
pooljuhis   vahelduva   pinge,  mis  elektroonilises  võimendiplokis  võimendatakse  ja 
muudetakse ABS arvutile saadetavaks digitaalseks signaaliks 
 
  Magnetväli  
 
   
 
 
 
Genereeritud pinge  
     Pooljuh t  
 
 
 
 
Eelpinge   
 
Hall´i efekti kasutatakse tavaliselt nukkvõlli asendi anduri ehituses. 
Sel eks,  et  arvuti  saaks  juhtida  süüteküünalde  ja   pihustite   tööd  –  mil isel  hetkel  peab 
silindris  toimuma  säde  ja  mil isel  hetkel   pihustamine ,  peab  arvuti  pidevalt  saama 
informatsiooni  kolbide  asendi  kohta  silindrites.  Seda  infot  on  võimalik  saada  nukkvõl i 
asendi  kaudu,  sest  nukkvõlli  pöörlemise  ajal  vastab  iga  silindri  kolvi  ülemisele  surnud 
seisule survetakti lõpus nukkvõlli erinev asend.   
• 
Andurina  on  jäl egi  kasutusel  Hall´i  andur,  kus  magneti  li kumisel anduri  juurest 
läbi, tekitatakse elektriline signaal.  
• 
Magnetvöö  paikneb  nukkvõl i  jaotushammasrattas.  Iga  silindri  kohta  on  erineva 
tugevusega  magnetväli,  tänu  mil ele  tekitatakse  ka  Hall´i  anduris  erinevad 
signaalid iga silindri kohta, kus  kolb  on jõudnud ülemisse surnud seisu survetakti 
lõpus.  
 
Magnetvöö 
 
 
MAGNET-TAKISTUSLIKUD AKTIIVSED ANDURID  
 
  Magnet-takistusliku  anduri  element  koosneb 
   vaheldumisi   paigaldatud  permal oi  ja  räni 
õhukestest  kihtidest.  Permal oi  –   väikese 
magnetilise  takistusega raud-nikkelsulam  . 
Räni  elektriline  takistus  on  sõltuv  ted  
a läbiva 
magnetvoo  suurusest  ja suunast. 
 
Anduri  elemendi  juurest  läbili kuv  v ahelduv 
magnetväli 
muudab 
vastavalt 
ma gnetvoo 
suunale  elemendi  elektrilist  takistu  
st,  mis 
töötatakse 
läbi 
anduri 
ehituses     olevas  
elektronplokis. ABS või ESP arvutile saa detakse 
 
pinge  0,8  või  1,6V,  sõltuvalt magnetvoo   suunast 
läbi elemendi. 
 
 
 
Tööpõhimõte:  Esitatud  magnetvoo 
suuna korral on elemendi takistus suur 
ja elementi läbib vool 7mA.   
 
      Anduri  
elektronplokk  
 
 
 
 
Tööpõhimõte:  Esitatud  magnetvoo 
suuna  korral  on  elemendi  takistus 
väike ja elementi läbib vool 14 mA.   
 
 
 
Tööpõhimõte:  Andurketta pöörlemisel 
vaheldub  magnetvoo  suund  elemendi 
juures,  tekitades  muutuva  takistuse. 
Voolutugevus  kõigub 7 ja 14 mA vahel 
sagedusega,  mis  on  proportsionaalne 
andurketta  pöörlemissagedusega.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PIESOELEKTRILISE ELEMENDI TÖÖTAMINE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Piesoelektrilisel elemendil võib täheldada kahesugust efekti: 
1.  Otsene 
2.  Pööratud  
Otsene  efekt  tähendab  seda,  et  piesoelektrilise  elemendi  kristal ide  kokkusurumisel 
tekib  kristal i  vastaspindadel  pinge.  Kristal ide  lahtivenitamisel  on  pinge  vastupidise 
polaarsusega. 
Pööratud  efekt  tähendab  seda,  et  piesoelektrilise  elemendi   kristallide   vastaspindade 
mõjutamisel  elektrilise  pingega,  kristall  kas   paisub   või  tõmbub  kokku,  sõltuvalt  pinge 
polaarsusest. 
Piesoelektriline  andur:  Al järgneval  joonisel  on  esitatud  piesoelektriline  rõhuandur. 
Kanali  1  kaudu  juhitakse  piesoelektrilise  elemendini  (2)  rõhk  (kas  gaasi  või  mingi 
vedeliku  rõhk),  mis  elemendile  mõjudes  tekitab  sel e    vastaspindadel  elektrilise  pinge. 
See pinge juhitakse  elektroonilisse   plokki  (4) ja sealt edasi mootori juhtarvutisse. 
 
 
1 –  rõhukanal 
2 – terasmembraanil paiknev  
       piesoelektriline element 
3 – elektriline ühendus 
4 – signaali töötlemise   
         elektrooniline   plokk  
5 - pistik  
 
   
 
λ-andurid. 
λ-andurid  on  ette  nähtud   küttesegu   koostise  kontrol imiseks.  λ-andur  paikneb  välja-
lasketorustikus  ja  tegelikult  hindab  λ-andur  vaba  hapniku  kogust  heitgaasis:  kui 
heitgaasis oli palju vaba hapnikku, siis mootori silindrisse antud küttesegu oli  lahja  (palju 
õhku vähe kütust); kui aga vaba hapnikku oli vähe, si s ilmselt oli segu rikas (vähe õhku, 
palju  kütust).  λ-andur   saadab   elektrilise  signaali  küttesegu  koostise  kohta  mootori 
arvutile,  mis  teeb  sellest  vajaliku  järelduse:  kui  segu  oli  lahja,  siis  antakse  pihustile 
korraldus rikastada segu ja vastupidi. 
 
 
 
λ-anduri ehitus ja töötamine: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 - λ-andur,  1a – tsirkooniumoksi dist  ZrO2   tuub ,  1b – õhuke (5µm) plaatinakate,  
1c – plaatinakattega siseelektrood koos välisõhu juurdepääsuga, 1d – pistik,   
1e – soojenduselement, 1f - õhu juurdepääs, 1g – heitgaas 
 
λ-anduri tööpõhimõte: Anduri normaalne  töötemperatuur  on 300°C. Tsirkooniumoksiidist 
tuubil  on  omadus  juhtida  läbi  hapniku  ioone.  Kui   tuubi   ümbritseb  rikkast  küttesegust 
moodustunud heitgaas, mil es on vähe vaba hapnikku, siis hakkavad tuubi sisemusest, 
kus on puhas õhk ja hapniku ioone palju, hapniku  ioonid  li kuma välispinna poole, kus 
hapniku ioone peaaegu polegi. Ioonide liikumine tekitab tuubi sise- ja välispinna vahel 
umbes  1voldilise  pinge,  mis  antakse  arvutile.  Vastavalt  sel ele  signaalile  annab  arvuti 
pihustile korralduse lahjendada küttesegu. 
Kui  aga  heitgaasis  on  palju  vaba  hapnikku  (lahja küttesegu),  si s  hapniku  ioonid  tuubi 
sisemusest  välispinna  poole  li kuma  ei  hakka  ning  tsirkooniumoksi dist  tuubi  sise-  ja 
välispinna vahel elektrilist pinget peaaegu ei ole. Ka see signaal antakse arvutile ning 
arvuti  annab  korralduse  rikastada  küttesegu.  Lõpptulemusena  hoiab  arvuti  küttesegu 
normaalkoostisega, tänu mil ele hoitakse kokku kütust ning  heitgaasid  on puhtamad.  
Kaasaegsetel λ-anduritel on sees soojenduselement, mis ki rendab anduri soojenemist 
normaalse töötemperatuurini. 
Uuematel   mootoritel   kasutatakse  kahte  λ-  andurit:  üks  paikneb  enne  katalüsaatorit  ja 
teine  on  katalüsaatori  taga.  Tagumise  anduri  ülesandeks  on  kontrol ida  katalüsaatori 
tööd.  Kui   katalüsaator   hoiab  heitgaasid  puhtana,  si s  tagumise  λ-  anduri  signaal  on 
püsiv, umbes 0,4…0,5V. Kui aga katalüsaator enam ei toimi, si s esimese ja tagumise 
anduri signaalid on peaaegu ühesugused ja muutuvad pi rides 0…1V. 
Λ-andur, 
mis 
paikneb 
pärast 
katalüsaatorit,  informeerib  mootori 
juhtarvutit 
katalüsaatorist 
väljuva 
heitgaasi   puhtusest:  reeglina  peab 
sel e  anduri  signaal  olema  stabi lselt 
460mV. Kõrvalekalded sel est vi tavad 
kas küttesegu koostise, süüteseadme-
te, katalüsaatori või heitgaasi torustiku 
riketele.  
 
 
 
 
λ- anduritel võib ol a kas 1, 2,3 või 4 ühendusjuhet: 
Ühejuhtmelistel anduritel on ainult signaali juhe, massiühendus saadakse  metal  korpuse 
kaudu. 
Kahejuhtmelistel anduritel on üks signaali- ja teine massijuhe. 
Kolmejuhtmelistel  anduritel  on  kaks   juhet   anduri  kütteks  ja  üks  juhe  on 
signaalijuhtmeks. Massiühendus on läbi korpuse. 
Neljajuhtmelisel   anduril   on  kaks  küttejuhet  ja  kaks  signaalijuhet,  mil est  üks  on 
massiühendus. 
Kaasajal   massiühendust  läbi  korpuse  eriti  ei  kasutata,  kuna   pinged   on  väikesed  ja 
väikseimgi oksi di- või mustusekiht keermesli te vahel häirib anduri tööd. 
 
ON/OFF tüüpi λ-anduri tööpõhimõtte kordamine  
Seni kasutusel olnud ON/OFF tüüpi λ-andurid töötavad põhimõttel, et Nernst´i kambrist 
(ZrO2 ) läbili kuvad hapniku ioonid tekitasid elektroodide vahel pinge 0,1 kuni 0,9 V, mis 
iseloomustas heitgaasis olevate hapniku ioonide hulka:  
• 
Rikkamal  segul  aga  on  hapniku  ioone  vähem  ning  seega  si s  pinge  kõrgem 
(ioonid hakkavad intensi vsemalt li kuma sealt, kus neid on rohkem (õhk) sinna, 
kus neid on vähem. 
• 
Lahjemal  küttesegul  on  hapniku  ioone  rohkem  ning  seetõttu  ka  tekitatud  pinge 
madalam. 
Anduri signaali järgi mootori arvuti muutis segu rikkamaks või lahjemaks, keskmiselt 8 
korda sekundis. 
Sel ise anduri signaali järgi ei ole võimalik kindlaks määrata segu koostist (λ väärtust).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Proportsionaalse signaaliga (enne katalüsaatorit paiknev) λ-andur  
 
Proportsionaalse  signaaliga  λ-andur  annab  mootori  arvutile  pidevat  ja  täpset  infot 
küttesegu  koostise  kohta  (tavaline  λ-andur   teatab   ainult,  kas  küttesegu  oli  rikas  või 
lahja).  Tänu  sel ele  infole  saab  mootori  arvuti  täpsemalt   korrigeerida   kütuse 
pihustusaega.  
 
 
 
 
 
 
Proportsionaalse signaaliga λ-anduri  tööpõhimõte: 
Proportsionaalse signaaliga λ-anduri ehituse keraamilisse plokki lisandub mõõtekamber 
ja kontrollkamber. Mõõtekambrisse antakse mootori heitgaas. Mootori  juhtarvuti  annab 
kontrollkambri  elektroodidele  sellise  pinge,  et  mõõtekambri  heitgaasi  hapniku  ioonide 
tase  oleks  vastavuses    λ  =  1.  See  vool  registreeritakse  mootori  arvutis  ja  see 
iseloomustab heitgaasi hapniku sisaldust. Seega, proportsionaalse signaaliga λ - anduri 
signaal saadakse läbi arvuti andurile antava voolutugevusega, mis hoiab mõõtekambris 
λ = 1 koostisega heitgaasi.  
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Proportsionaalse signaaliga λ-anduri  tööpõhimõte  
Proportsionaalse signaaliga λ-andur paikneb katalüsaatorisse sissevoolul. 
Võrreldes ON/OFF tüüpi λ-anduriga, on proportsionaalne andur täpsem ja ki rem. 
Sel e λ-anduriga on võimalik saavutada küttesegu koostiseks λ = 1± 02  
 
 
 
 
Elektriliselt juhitav  termostaat    
Elektriliselt  juhitav  termostaat  võimaldab  kütuse  kokkuhoidu  umbes  1%  ja  heitgaasi 
saaste vähenemist, võrreldes tavalise termostaadiga. 
Sel ine  termostaat  suudab  hoida  stabiilsemat  temperatuuri,  vastavalt  mootori 
töörežiimile, ja see on nüüd tõstetud 105°C-ni.   
Elektriliselt  juhitava  termostaadi  tööelemendiks  on,  nagu  tavalistel  termostaatidelgi, 
kuumusega  paisuv  aine – tseresi n. Termostaadi avanemistemperatuuriks on määratud 
105°C. Peale sel e aga on termostaadi ehituses mootori arvuti poolt juhitav küttespiraal. 
Mootori  suurematel  koormustel,  kui  tekib  ülekuumenemise  oht,  tõstab  mootori  arvuti 
pulseeriva   impulss -signaali  abil  küttespiraali  ja  sellega  ka  tseresiini  temperatuuri,  et 
avada termostaat varem (mõnikord isegi jahutusvedeliku temperatuuril 75°C). 
Kokkuvõttes  saab  tänu  elektriliselt  juhitavale  termostaadile  mootori  arvuti  osaleda 
mootori töötemperatuuri määramisel (tavalistel termostaatidega seda võimalust ei ole).    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ELEKTROONILISE JUHTIMISEGA  GENERAATOR    
Generaatori elektrooniline juhtimine võimaldab mootori arvutil kaasa rääkida generaatori 
poolt elektrilise pinge suuruses mootori töö eri režiimidel. 
Mootori ki rendamisel:  
Arvuti  vähendab  generaatori  pinget  minimaalselt  lubatavani  –  13,2V.  Tänu  sel ele  on 
generaatori takistus mootori ki rendamisele ka minimaalne.  
Mootori aeglustamisel: 
Arvuti tõstab generaatori pinget kuni 14,5V. See võimaldab aku laadimist ja ki rendab ka 
mootori pidurdust. 
Mootori stabiilsel töötamisel: 
Generaatori poolt väljaantav pinge reguleeritakse 13,5V-ni. 
Generaator  ja  mootori  juhtarvuti  on  omavahel  ühendatud  BSS  (Bit  Synchron 
Singleware)  liiniga , mis kannab järgmist informatsiooni: 
• 
  Pinge reguleerimist 
• 
  Rikkeinfot 
•  Aku  laadimise  vajadust 
•    Voolutugevuse infot 
•    Generaatori temperatuuri (sisseehitatud anduri abil) 
•    Generaatori klass ja valmistajatehase info  
 
 
Ühendus 1:   Dialoog  mootori arvutiga  klemmi  38 kaudu pistikupesalt 53V NR (Must),  
või klemmi E2 kaudu pistikupesalt 32V GR (Hal ). 
 
Generaatori vahetamisel tuleb kontrol ida tema  programmeerimise  taseme klassi, mida 
saab kätte diagnostikaseadme abil.  Tasemeklasse  on kolm:  
-klass 8 (MELCO) 
-klass 12 (MELCO or VALEO) 
-klass 15 (BOSCH)  
Generaatori  iseloomustus  sõltub  tema  valmistajatehasest,  mida  tuleb  arvestada 
generaatori vahetusel, uute andmete sisestamisel.