Tester Samochodowych - Sond Lambda.pdf - ► ZAPŁON ,KLIMA, SONDA,INNE CIEKAWOSTKI - AUTO_SOFT

Tester samochodowych sond lambda

P R O J E K T Y

Tester samochodowych

sond lambda

Elektroniczny analizator składu mieszanki

AVT−520

Przyrz¹d opisany

w†artykule s³uøy do oceny

sprawnoúci sondy lambda

oraz analizy sk³adu mieszanki

paliwowo-powietrznej

zasilaj¹cej silnik

samochodowy. DziÍki

zastosowaniu mikrokontrolera

moøna by³o w†prostym

uk³adzie zaimplementowaÊ

oprÛcz miernika aktualnej

wartoúci napiÍcia sondy,

takøe uúrednianie tej wartoúci

w†czasie, w†celu bardziej

wiarygodnej oceny sk³adu

mieszanki.

Rekomendacje : projekt

polecamy wszystkim

uøytkownikom samochodÛw,

ktÛrzy lubi¹ samodzielnie

wykonywaÊ prace serwisowe,

oraz tym poúrÛd CzytelnikÛw,

ktÛrych interesuj¹ nowinki

z zakresu techniki

samochodowej.

Na pocz¹tek o†sondach

lambda

Czytelnikom, ktÛrzy nie znaj¹

zasady dzia³ania sondy, pokrÛtce

j¹ przedstawiÍ. Sonda lambda

(nazywana takøe czujnikiem tle-

nu) jest ogniwem galwanoelekt-

rycznym z†elektrolitem w†stanie

sta³ym - tzw. ogniwem Nernsta.

S³uøy†ona w†samochodzie do po-

miaru stÍøenia tlenu w†spali-

nach. Parametr ten uøywany jest

przez jednostkÍ steruj¹c¹ prac¹

silnika do ustalenia w³aúciwego

sk³adu mieszanki paliwowo-po-

wietrznej. BudowÍ sondy poka-

zano na rys. 1 .

Jeøeli stÍøenie tlenu po obu

stronach sondy jest jednakowe,

wytwarza ona napiÍcie z†prze-

dzia³u 0...1 V. Na rys. 2 poka-

zano charakterystykÍ robocz¹

czujnika. Aby dzia³a³ prawid³owo,

jego temperatura musi przekra-

czaÊ 300 o C. NiektÛre sondy po-

siadaj¹ grza³ki w†celu szybszego

osi¹gniÍcia za³oøonej temperatury

pracy. Istnieje kilka typÛw†sond

lambda - od jednoprzewodowych

do czteroprzewodowych. We

wszystkich rodzajach wystÍpuje

jeden przewÛd sygna³owy. Pozo-

sta³e s³uø¹ do pod³¹czenia masy

oraz grza³ki. Mieszanka ma sk³ad

prawid³owy, jeøeli wspÛ³czynnik

lambda wynosi 1, co odpowiada

napiÍciu mierzonemu na sondzie

o†wartoúci 0,46 V. W†praktyce

sterownik silnika tak ustala sk³ad

mieszanki, aby wartoúÊ wspÛ³-

czynnika lambda oscylowa³a wo-

kÛ³ 1. Objawia siÍ to cyklicznymi

zmianami napiÍcia na sondzie.

Za prawid³owo wyregulowan¹

mieszankÍ przyjmuje siÍ stan,

w†ktÛrym wartoúÊ napiÍcia na

sondzie zmienia siÍ w†przedziale

od 0,1...0,2 V†(mieszanka uboga)

do 0,8...0,9 V†(mieszanka bogata)

z†czÍstotliwoúci¹ ok. 0,5...1 Hz

( rys. 3 ).

Elektronika Praktyczna 7/2003

Tester samochodowych sond lambda

Rys. 1. Budowa sondy lambda

- uúrednianie napiÍcia sondy

w†czasie, w†celu ³atwiejszej

i†precyzyjniejszej oceny aktu-

alnych ustawieÒ sk³adu mie-

szanki.

Istniej¹ dwie moøliwoúci w³¹-

czenie testera w†uk³ad pomiaro-

wy sondy: pierwsza polega na

pod³¹czeniu siÍ rÛwnolegle do

sondy przewodem ìsondaî, bez

przerywania jej po³¹czenia ze

sterownikiem silnika ( rys. 4a ),

druga - na przerwaniu tego ob-

wodu i†ìwpiÍciu siÍî szeregowo

pomiÍdzy sondÍ a†komputer ( rys.

4b ). W†tym przypadku wykorzys-

tujemy oprÛcz przewodu ìsondaî

takøe†przewÛd ìkomputerî. Po

w³¹czeniu zasilania aktywuje siÍ

pomiar napiÍcia w†czasie rzeczy-

wistym. Wyúwietlacz diodowy

jest odúwieøany w†tym trybie 200

razy na sekundÍ, co umoøliwia

wizualizacjÍ wszystkich zmian

napiÍcia wytwarzanego przez son-

dÍ. W†trybie tym dostÍpna jest

takøe opcja symulacji sk³adu mie-

szanki. Do jej przeprowadzenia

wymagane jest od³¹czenie sondy

od komputera i†wpiÍcie siÍ tes-

terem szeregowo w†ten obwÛd

tak, jak pokazano na rys. 4b.

Wymuszenia dokonujemy za po-

moc¹ przyciskÛw S2 - ìBOGA-

TAî i†S3 - ìUBOGAî. Sterownik

silnika (oczywiúcie sprawny) bÍ-

dzie stara³ siÍ przeciwdzia³aÊ

tym stanom. Jeúli wymuszeniem

by³o napiÍcie symuluj¹ce mie-

szankÍ bogat¹, powinien j¹ zubo-

øyÊ, jeúli zaú ubog¹ - wzbogaciÊ.

Widoczne bÍdzie to na wyúwiet-

laczu. Przyciskiem S1 - ìAver-

ageî - w³¹czamy funkcjÍ uúred-

niania, co sygnalizowane jest za-

paleniem siÍ diody ìAverageî.

W†tym trybie wyúwietlacz uaktu-

alniany jest co 4†s úredni¹ z†800

pomiarÛw†wykonywanych w†tym

czasie. Taki czas akwizycji i†wy-

úwietlania danych zosta³ przyjÍty

z†uwagi na ma³¹ czÍstotliwoúÊ

zmian napiÍcia na sondzie.

Uúrednianie pozwala na dok³ad-

niejsze oszacowanie stanu wyre-

gulowania sk³adu mieszanki.

W†trybie tym nie jest dostÍpna

opcja symulacji sk³adu mieszanki.

Tester posiada takøe sygnaliza-

cjÍ düwiÍkow¹ stanÛw wskazuj¹-

cych na uszkodzenie sondy, ta-

kich jak przekroczenie wartoúci

1,1 V†oraz zbyt d³ugie (powyøej

4†sekund) pozostawanie napiÍcia

sondy w†przedziale 0,4...0,6 V.

Poniewaø†czujnik poprawnie pra-

cuje w†temperaturze powyøej

300 o C, aby wykonaÊ wiarygodne

pomiary, naleøy po uruchomieniu

zimnego silnika odczekaÊ od kil-

ku do kilkunastu minut, w†zaleø-

noúci od zastosowanej w†samo-

chodzie sondy.

WspÛ³czynnik lambda mierzo-

ny jedn¹ sond¹ dla silnika wie-

locylindrowego ma wartoúÊ úred-

ni¹ dla wszystkich cylindrÛw.

Poniewaø mierzone stÍøenie tlenu

odnosi siÍ do ³adunku spalonego

wczeúniej, wynik pomiaru w†sto-

sunku do spalonej mieszanki jest

opÛüniony. OpÛünienie to jest

zaleøne od prÍdkoúci obrotowej

i†wynosi ok. 20 ms + 4†

Tyle informacji tytu³em wstÍpu

na temat budowy i†zasady dzia-

³ania samej sondy lambda.

Budowa testera

Schemat elektryczny uk³adu

pomiarowego przedstawiono na

rys. 5 , zaú uk³adu wyúwietlania

na rys. 6 . ìSercemî testera jest

procesor ATtiny26. Jest to jeden

z†nowszych ìma³ychî procesorÛw

firmy Atmel. Na swoim wyposa-

øeniu posiada dwa oúmiobitowe

timery/liczniki (z tego jeden ma

moøliwoúÊ pracy w†trybie PWM),

interfejs transmisji szeregowej USI,

komparator analogowy, programo-

wany watchdog oraz najbardziej

dla nas istotny 10-bitowy prze-

twornik A/C. Wykorzystany on

Zasada dzia³ania testera

Teraz zajmijmy siÍ testerem

i†analizatorem - dwa w†jednym.

Moøliwoúci przyrz¹du s¹ nastÍpu-

j¹ce:

- monitorowanie napiÍcia na son-

dzie w†czasie rzeczywistym,

- badanie odpowiedzi jednostki

steruj¹cej na symulacjÍ mieszan-

ki bogatej lub ubogiej,

Rys. 2. Obszar “a” − mieszanka

bogata, obszar “b” − mieszanka

uboga

Rys. 4. Sposób włączenia testera w obwód pomiarowy: równolegle (a),

szeregowo (b)

Elektronika Praktyczna 7/2003

Tester samochodowych sond lambda

zosta³ do pomiaru napiÍcia sondy.

SondÍ lambda pod³¹cza siÍ do

styku 6†gniazda J2. St¹d napiÍcie

podawane jest poprzez rezystor

R10 na wejúcie 3†uk³adu U4A

oraz przez styki przekaünika K1

na styk 4†gniazda J2. Wyprowa-

dzenie to s³uøy do pod³¹czenia

sterownika silnika w†wersji z†rys.

4b. Przekaünik s³uøy†do przerwa-

nia obwodu sonda-komputer oraz

podania na z³¹cze pod³¹czone do

komputera napiÍcia symuluj¹cego

wyst¹pienie mieszanki ubogiej lub

bogatej. NastÍpuje to po przyciú-

niÍciu przycisku S2 (bogata) lub

S3 (uboga). Uk³ad U4A pracuje

w†konfiguracji wzmacniacza nie-

odwracaj¹cego. O†wzmocnieniu te-

go uk³adu decyduj¹ rezystory R18,

R19. Ze wzglÍdu na brak moøli-

woúci p³ynnej regulacji wzmoc-

nienia tego stopnia, w†celu za-

pewnienia dostatecznej dok³ad-

noúci rezystory te powinny byÊ co

najmniej 1%. Dioda D7 zabezpie-

cza uk³ad przed nadmiernie

duøym napiÍciem wejúciowym.

Wzmocnione napiÍcie sondy jest,

poprzez rezystor R11, doprowa-

dzone do wzmacniacza U4B pra-

cuj¹cego, w†po³¹czeniu z†diod¹

Rys. 3. Charakterystyczny cykl pracy sondy dla prawidłowej mieszanki

D4, jako ogranicznik aktywny.

Zabezpiecza on procesor U1 przed

przekroczeniem na jego wejúciu

dopuszczalnego napiÍcia (w tym

przypadku napiÍcia zasilania U1).

Wartoúci¹ zadan¹ w†ograniczniku

jest napiÍcie pod³¹czone do wej-

úcia 5†uk³adu U4B. Podawane jest

ono z†wyjúcia stabilizatora U2

zasilaj¹cego mikrokontroler, co

gwarantuje ograniczenie napiÍcia

wejúciowego U1 na odpowiednim

poziomie. ObwÛd R14, C5 chroni

uk³ad U1 przed nag³ymi zmiana-

mi wartoúci napiÍcia wejúciowego

wywo³anymi przypadkowymi syg-

na³ami zak³Ûcaj¹cymi. Dioda D5

stanowi dodatkowe zabezpiecze-

nie wejúcia uk³adu U1 w†przypad-

ku uszkodzenia U4. Uk³ad U1

steruje takøe przekaünikiem K1

oraz kluczami analogowymi U3A,

U3B zawartymi w†uk³adzie 4066.

S³uø¹ one do podawania poprzez

przekaünik napiÍcia symuluj¹cego

mieszankÍ bogat¹ lub ubog¹. War-

toúÊ tego napiÍcia dla mieszanki

bogatej wynosi ok. 0,8 V†i†jest

wyznaczana poprzez dzielnik R1,

R6, a†dla mieszanki ubogiej ok.

0,2 V†ustalana dzielnikiem R2,

R9. Rezystory R7, R8 wraz z†dio-

d¹ Zenera D2 maj¹ na celu

zabezpieczenie testera w†przypad-

ku niespodziewanego pojawienia

siÍ nadmiernie duøego napiÍcia

Rys. 5. Schemat elektryczny sterownika

Elektronika Praktyczna 7/2003

Tester samochodowych sond lambda

WYKAZ ELEMENTÓW

Płytka sterownika

Rezystory

R1: 15k

Ω

/1%

Ω

R4, R5: 10

Ω

R7, R8: 200

Ω

R9: 680

Ω

R11: 10k

Ω

R12: 4,7k

Ω

R13: 42k

Ω

R15: 6,8k

Ω

R16: 47k

Ω

R18: 2,2k

Ω

/1%

Kondensatory

C1: 100

Ω

F/25V

C3...C5: 100nF

C6, C7: 20pF

C8: 10

F/16V

Półprzewodniki

D1: G1G

D2: C2V7

D3, D4, D6: 1N4148

D5: BAS32

D7: C5V1

Q1: BC337−16

Q2: BC337−16

U1: ATINY26L zaprogramowany

U2: 78L05

U3: 4066BF

U4: LM358

Różne

BUZZER1: BUZZER

J1: Złączka

J2: Złączka

J3: Złączka

K1: 12V

Y1: 8,0MHZ

Rys. 6. Schemat elektryczny wyświetlacza

na z³¹czu pod³¹czonym do ste-

rownika silnika (np. uszkodzenie

sterownika lub zwarcie w†instala-

cji) oraz sterownika, w†przypadku

uszkodzenia testera. Do wyprowa-

dzenia 4†(PB3) uk³adu U1 - po-

przez elementy R16 i Q2 - pod-

³¹czony jest przetwornik piezoce-

ramiczny s³uø¹cy do sygnalizacji

akustycznej stanÛw mog¹cych

wskazywaÊ na uszkodzenie sondy.

Elementy D6, R15 i†C9 wymuszaj¹

sygna³ zerowania procesora po

w³¹czeniu zasilania. Sygna³ zega-

rowy kontrolera stabilizowany jest

za pomoc¹ zewnÍtrznego kwarcu

Y1. Kondensatory C6 i†C7 umoø-

liwiaj¹ pewny start wewnÍtrznego

generatora uk³adu. Procesor steru-

je takøe (w†sposÛb szeregowy)

modu³em wyúwietlania zbudowa-

nym na uk³adach U5, U6 typu

74HC595, ktÛre steruj¹ trzynasto-

ma diodami úwiec¹cymi. Dwa-

naúcie z†nich ustawionych jest

w†postaci linijki i†s³uøy do wizu-

alizacji wartoúci napiÍcia sondy

lambda, natomiast dioda D20 syg-

nalizuje w³¹czenie funkcji uúred-

niania.

Tester zasilany jest bezpoúred-

nio z†instalacji elektrycznej samo-

chodu. Dioda D1 zabezpiecza

uk³ad przed odwrotnym pod³¹cze-

niem napiÍcia. CzÍúÊ analogowa

(uk³ad U4) zasilana jest napiÍciem

niestabilizowanym pobieranym

z†miejsca oznaczonego na schema-

cie ì+12Vî. NapiÍcie w†tym miej-

scu moøe wahaÊ siÍ w†granicach

od 12 do 15 V. NapiÍcie dla

czÍúci cyfrowej uk³adu stabilizo-

wane jest przez 5-woltowy stabi-

lizator U2.

Program dla procesora zosta³

napisany w†jÍzyku C†i†skompilo-

wany za pomoc¹ kompilatora Co-

deVisionAVR v†1.23.7. WersjÍ

ewaluacyjn¹ tego programu (ogra-

niczenie do 2†kB kodu) moøna

úci¹gn¹Ê ze strony www.hpinfo-

tech.ro/cvavre.zip .

Tester moøe byÊ uøywany do

aut napÍdzanych benzyn¹ oraz

Ω

Półprzewodniki

D11, D13, D20: dioda LED 3mm

żółta

D12, D16...D19: dioda LED 3mm

zielona

D8...D10, D14, D15: dioda LED

3mm czerwona

U5, U6: 74HC595

Różne

JP1: złączka „Płytka sterująca”

S1: przycisk „Average”

S2: przycisk „Bogata”

S3: przycisk „Uboga”

Elektronika Praktyczna 7/2003

Ω

R2: 15,4k

R3: 4,7

R6: 2,7k

R10: 2k

R14: 1k

R17: 1M

R19: 6,8k

C2: 10

C9: 4,7

Płytka wyświetlacza

Rezystory

R20...R32: 1k

Tester samochodowych sond lambda

przy zamontowanej instalacji ga-

zowej. Jak wiadomo, przy zasila-

niu silnika benzyn¹ kontrolÍ nad

sk³adem mieszanki sprawuje kom-

puter. Z†tego powodu jakiekol-

wiek wykryte nieprawid³owoúci

zakoÒczyÊ siÍ musz¹ wizyt¹ w†ser-

wisie b¹dü w†zak³adzie specjalis-

tycznym dysponuj¹cym odpowied-

ni¹ aparatur¹ do odczytu usta-

wieÒ jednostki centralnej. Tak

samo jest z†instalacjami gazowymi

wyposaøonymi w†sterownik mik-

roprocesorowy. Przy prostszych

instalacjach gazowych (bez ste-

rownika) jest moøliwa, na podsta-

wie wskazaÒ testera oraz przy

podstawowej znajomoúci budowy

instalacji gazowej, samodzielna

korekcja sk³adu mieszanki gazu

i†powietrza.

Rafa³ Szulc

Rys. 7. Schemat montażowy płytki

sterownika

Rys. 8. Schemat montażowy płytki

wyświetlacza

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/lipiec03.htm oraz na p³ycie

CD-EP7/2003B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 7/2003

Tester Samochodowych - Sond Lambda.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: