Sensore di posizione dell'albero a gomiti induttivo - In funzione Stile flottante (non messo a terra)

I riferimenti dell’anello di pick-up riportati di seguito si riferiscono ad un numero di possibili componenti:

Lo scopo di questo test è di valutare il funzionamento di un sensore di posizione albero a gomiti (CPS) stile induttivo con nessun riferimento di terra, in genere definito come CPS flottante.

Nota: Il corretto funzionamento del CPS stile induttivo flottante dipende dall'integrità degli avvolgimenti della bobina interna del CPS, dal circuito del CPS, dal montaggio del sistema CPS in relazione al pick-up e dal traferro tra il CPS e l’anello di pick-up.

La procedura di test descritta di seguito presuppone che le condizioni sopra menzionate siano tutte rispettate e che il CPS funzioni correttamente. Eventuali errori identificati con il funzionamento del sistema CPS, mentre lo svolgimento di questi test non indica necessariamente un errore con il CPS stessa.

Il CPS visualizzerà caratteristiche operative che sono incoerenti a causa di errori di circuito, interferenza elettromagnetica, guasti meccanici (anello di pick-up) o errori di misurazione/connessione. I risultati ottenuti sono quindi sintomi di condizioni sottostanti e non a seguito di un guasto CPS. È pertanto fondamentale eseguire un controllo di base di tutti gli elementi sopra prima di effettuare le misurazioni, per evitare una diagnosi errata del CPS.

Tutte le letture numeriche citate in questa sezione sono tipiche e non sono applicabili a tutti gli stili di motore.

Figure 1 - Scope connections

Come eseguire il test

Il CPS tipo induttivo flottante utilizzerà generalmente 2 fili, entrambi trasportano immagini del segnale di velocità dell’albero a gomito e spesso sono schermati da un cavo di terra stile coassiale esterno.

Per ottenere i risultati corretti del test, è fondamentale stabilire il corretto orientamento di ogni forma d'onda (Si veda Diagnosi):

1. Individuare e scollegare la multi-presa CPS.
2. Inserire due cavi di break-out universali rilevanti tra il CPS e imbracatura del veicolo al fine di ricompletare il circuito (Vedere Fig. 1 qui sopra).
3. Collegare il cavetto di prova blu del TA125 al canale A dell'oscilloscopio (terminale BNC).
4. Collegare il cavetto di prova blu (terminale 4 mm) a qualsiasi cavo di break-out collegato al CPS.
5. Collegare il cavetto di prova blu del TA126 al canale B dell'oscilloscopio (terminale BNC).
6. Collegare il cavetto di prova rosso (terminale 4 mm) al cavo di break-out rimasto collegato al CPS.
7. Collegare i cavi neri di terra (terminali 4 millimetri) da entrambi i cavetti di prova al telaio del veicolo o al terminale negativo della batteria usando il morsetto nero della batteria TA158.Nota: I cavi di massa possono essere impilati insieme.
8. Far funzionare il software dell’oscilloscopio premendo la barra spaziatrice sulla tastiera o il pulsante Go sul dispositivo PicoScope.
9. Far girare e funzionare il motore mentre viene monitorato il segnale su entrambi il Canale A e il Canale B.
10. Premere il pulsante Stop sul PicoScope per fermare la presa per attivare l'analisi della forma d'onda (vedere la Figura 2 sottostante).

Esempio di forma d’onda

Figure 2 - Example waveform

Tutti i valori inclusi nelle forme d'onda di esempio sono tipici e non specifici per tutti i tipi di veicoli.
N. B. Il segnale è presente su entrambi i fili CPS.

Canale A. Figura 2 indica l'uscita di tensione AC principale del CPS quando il motore gira al minimo. Canale B. Indica l'uscita di tensione CA del sotto-segnale (immagine speculare del Canale A.

Fare riferimento ai dati tecnici del veicolo per le condizioni ed i risultati dei test specifici.

Valori tipici
Motore al minimo (650-800 giri/min)

①      Il righello di segnale a zero volt deve passare attraverso il centro della forma d'onda di CPS.

②      Indica i denti mancanti dall'anello di pick-up del CPS, spesso scambiato per TDC. Si noti che l'orientamento della forma d'onda differisce tra canale A e canale B(si veda la sezione Note sulla diagnosi sottostante).

③      Ampiezza minima della tensione del segnale di uscita CPS a causa della riduzione nella velocità del motore come risultato della fase di compressione (si vedano Ulteriori informazioni qui di seguito).

④      Ampiezza minima della tensione del segnale di uscita CPS a causa dell’aumento nella velocità del motore come risultato della fase di alimentazione (si vedano Ulteriori informazioni qui di seguito).

⑤      La durata e i capi di rotazione denotano un giro dell'albero a gomiti fra i denti mancanti dell'anello di pick-up. Le Forme d'onda esempio confermano 35 denti in un solo giro dell'albero a gomiti con un dente mancante che denota la posizione dell'albero a gomiti.

⑥      Indica la velocità corrente di avviamento del motore basata sulla posizione dei righelli di tempo ⑤. I righelli di tempo disposti ai successivi denti mancanti dell'anello di pick-up consentono al PicoScope di calcolare la frequenza di 1 ciclo completo (rivoluzione) dell'albero a gomiti. Sia la frequenza e, ancora più importante, il numero di giri, vengono visualizzati al punto ⑥.

Diagnosi

Il PCM utilizza il segnale su entrambi i cavi CPS flottanti al fine di determinare la posizione e la velocità dell'albero a gomito. Nessun filo è collegato a terra (da qui il termine flottante) e pertanto entrambi portano un’immagine speculare della tensione CA generata da CPS. Il PCM richiede il corretto orientamento del segnale sul filo pertinente al fine di identificare la posizione e la velocità del motore.

Il canale A indica il corretto orientamento di un segnale tipico di CPS ed è considerato come primario o ingresso segnale principale, mentre il canale B viene indicato qui come l’ingresso del sotto-segnale. Entrambi gli ingressi sono fondamentalmente identici l’uno all’altra, ma il loro orientamento deve essere corretto al filo CPS pertinente.

Fare sempre riferimento al manuale d'officina del costruttore per un riferimento ai numeri di pin di PCM e CPS per assicurarsi che il corretto orientamento del segnale CPS arrivi presso il PCM sul filo pertinente.

Per identificare i principali sotto-segnali, si veda la Figura 3:

Dato che stiamo misurando singolarmente ogni filo di segnale CPS flottante con riferimento al nostro cavetto di prova di terra, non siamo in grado di misurare la vera ampiezza del segnale CPS. Nella maggior parte delle applicazioni questo non è rilevante per l'orientamento e le ispezioni di temporizzazione/correlazione, ma qualora l'ampiezza vera fosse sospetta, possiamo applicare un canale matematico (Canale A − Canale B) per rivelare l'ampiezza vera basata sulla tensione differenziale del segnale principale e di sub-segnali. Si veda la Figura 4.

Per visualizzare il canale di matematica A-B integrato per i segnali captati CPS, selezionare: Strumenti > Canali matematici > abilitare la casella accanto ad A-B e selezionare OK. Un terzo canale di matematica verrà visualizzato mostrando l'ampiezza vera del CPT flottante.

Il PCM calcolerà la tensione differenziale derivata dai segnali principale e sotto-segnali presenti su entrambi i fili del CPS. Utilizzando il Canale matematico (A-B) di cui sopra, viene permesso all’oscilloscopio di rivelare la vera ampiezza del CPS come utilizzata dal PCM per identificare la posizione e la velocità del motore.

Ulteriori informazioni

Il CPS deve essere considerata una delle componenti fondamentali del sistema di gestione del motore dei nostri giorni. Mentre splendidamente semplice nella costruzione, il corretto funzionamento del sistema CPS è fondamentale per un motore efficiente in esecuzione. Per apprezzare appieno il ruolo svolto dal CPS induttivo, dobbiamo capire il principio operativo dietro la tensione CA generata da un componente cosi critico. Una volta capito come funziona questo componente, possiamo valutare la causa di eventuali errori all'interno della nostra forma d'onda.

Principio di funzionamento

Il CPS induttivo è costituito da due componenti essenziali, una bobina di filo avvolta attorno ad un magnete permanente.

Ogni estremità della bobina filo termina presso il PCM dove la tensione del segnale di uscita CA generata (presente su entrambi i fili) viene utilizzata dal PCM per indicare la velocità dell'albero a gomiti e la posizione (si veda la Figura 5).

Generazione di tensione CA

Il magnete permanente contenuto nel CPS produrrà in modo naturale un campo magnetico sugli avvolgimenti della bobina. Qualora un oggetto metallico dovesse essere introdotto in questo campo magnetico (sotto forma del nostro anello di pick-up), l'intensità del campo magnetico varierà e aumenterà o diminuirà a seconda della velocità e della direzione di marcia dell’anello di pick-up (si veda la Figura 6). La variazione nel campo magnetico ha l'effetto desiderato di indurre una tensione CA nell'avvolgimento della bobine che possa essere utilizzato dal PCM per indicare la posizione e la velocità del motore.

N. B la variazione nel campo magnetico è responsabile solamente dell'induzione di una tensione CA nell’avvolgimento della bobina. Qualora l'anello di pick-up dovesse fermarsi, nessuna tensione verrà generata indipendentemente dalla posizione dell'anello di pick-up in relazione al CPS.

Tensione uscita sensore induttivo di posizione dell'albero a gomito rispetto all’anello di pick-up

La forma d'onda CPS includerà una caduta di suono nel segnale dove l'anello di pick-up ha una lacuna intenzionale (dente o denti mancante/i) nella spaziatura uniforme tra i denti (si vedano la Figura 7 e la Figura 3).

Il PCM utilizzerà questa caduta di suono nel segnale per identificare la posizione dell'albero a gomiti che può o non può riferirsi al TDC. I produttori utilizzeranno i denti mancanti dall'anello di pick-up per indicare una varietà di posizioni dell'albero a gomito. Es. Pistoni in linea, TDC (posizione di sicurezza del motore), il no. di gradi prima del TDC, o possono scegliere una combinazione di denti mancanti a intervalli di 90 gradi. Per la valutazione accurata del segnale di riferimento della posizione dell'albero a gomiti, consultare il manuale di laboratorio rilevante.

Il calcolo della velocità dell'albero a gomito è basata sulla frequenza del segnale in uscita Ca da CPS. Siccome la velocità dell'albero a gomiti aumenta la frequenza del CPS, il segnale in uscita aumenterà in modo direttamente proporzionale. L'ampiezza del segnale aumenterà anche con velocità del motore superiore a 20 V CA a velocità del motore più alte (Si veda la figura 8).

L’ascesa e la caduta di frequenza/ampiezza possono essere viste in Figura 2 dove il carico posto sull'albero a gomiti durante la fase di compressione risulta in una momentanea riduzione della velocità dell'albero a gomito ③. Qui possiamo vedere una diminuzione nella frequenza e una diminuzione dell'ampiezza in diretto contrasto con ④ dove l'albero a gomiti aumenterà momentaneamente in velocità, subito dopo la compressione di TDC (fase di alimentazione) che comporta un aumento della frequenza e un aumento in ampiezza.

Il PCM utilizzerà queste caratteristiche di segnale per indicare l'accelerazione e la decelerazione dell'albero a gomiti dopo ogni evento di combustione, al fine di rilevare la mancata accensione o lo scarso contributo del cilindro (equilibrio del cilindro). Supponendo che tutte la compressione e la combustione del motore sono uguali, dovremmo ottenere un aumento e una caduta uniformi del segnale CPS ad una costante velocità di avviamento.

La velocità del motore può essere calcolata dal segnale CPS, inserendo i righelli di tempo in ogni punto consecutivo di caduta di suono nel segnale catturato (dente/denti mancanti) si veda la Figura 2 ②.

La maggior parte degli anelli di pick-up conterrà 36 o 60 denti con 1 o 2 denti mancanti in un unico punto sulla loro circonferenza. Posizionando i righelli di tempo direttamente presso i punti di caduta del suono verrà indicato 1 giro dell’albero a gomiti. Nella Forma d'onda esempio di cui sopra, abbiamo 35 denti tra i righelli di tempo, avendo cosi un anello di pick-up con 35 denti con la circonferenza con 1 dente mancante per riferimento di posizione del motore (36 denti − 1 dente = 1 giro dell'albero a gomito).

Posizionando un righello temporale in punti di caduta del suono consecutivi all'interno della forma d'onda, sarà permesso al PicoScope di calcolare la velocità del motore in base alla frequenza dell'albero a gomiti (cicli al secondo).

Nella Figura 2, ogni righello temporale è posizionato nel punto dei denti mancanti ② (un giro di un albero a gomiti) dove la frequenza tra le righe di tempo viene calcolata a 13,45 Hz nella leggenda di frequenza ⑥.

Allo scopo di convertire la frequenza RPM, bisogna solo 13,45 Hz per 60 per ottenere 807 giri/min. Sia la frequenza che il valore RPM del motore vengono visualizzati nella legenda della frequenza ⑥.

Risoluzione dei problemi (Test di circuito)

Il sensore di posizione dell’albero a gomiti installato e scollegato dal cablaggio del veicolo

Il valore della resistenza del filo della bobina avvolto intorno al magnete permanente fornisce un'indicazione dell'integrità del sistema CPS ed è essenziale per la corretta tensione/il corretto segnale. I valori di resistenza non corretti o un corto circuito nella massa veicolo si tradurranno in un errore del segnale di uscita.

I valori di resistenza del filo della bobina CPS tipici variano tra produttori e quindi fare riferimento al manuale dell’officina rilevante per le specifiche corrette.

Al fine di verificare il valore di resistenza del sistema CPS, scollegare il sensore dal cablaggio del veicolo e collegare un ohmmetro, come illustrato in Figura 9 qui sotto:

Mentre la resistenza di CPS può essere tra le caratteristiche, un controllo per un corto circuito a terra può inoltre essere eseguito molto rapidamente allo stesso tempo del controllo della resistenza. Figura 10 indica come è collegato l'ohmmetro, per confermare che non è presente alcun corto circuito alla massa del veicolo. Un valore maggiore di 10 kOhm è sufficiente per confermare che non esiste alcun corto circuito (è desiderabile un valore di resistenza del circuito infinito o aperto).

Il sensore di posizione dell’albero a gomiti installato e collegato al cablaggio del veicolo

Dipendendo dal fornitore, una tensione di polarizzazione può essere presente su qualsiasi filo del CPS. La tensione di polarizzazione è fornita dal PCM ed è usata come un aiuto per diagnosticare errori di circuito CPS e la riduzione del rumore (interferenza da componenti elettrici vicini).

Al fine di misurare la tensione di polarizzazione, collegare il PicoScope esattamente come già accennato Come eseguire il test (Figura 1) e seguire le Fasi da 1 a 7, seguite da:

8.  Selezionare l’accoppiamento CC per entrambi il canale A e il canale B e ridurre l'intervallo di tensione a ± 5 V (si veda la Figura 11).
9.  Inserire l'accensione (non avviare o accendere il motore).
10. Premere il pulsante Stop sul PicoScope per fermare la presa per attivare l'analisi della forma d'onda.

Risoluzione dei problemi (Test meccanici)

Sarà necessaria un'ispezione fisica del sistema CPS se la forma d'onda ottenuta indica un'area di preoccupazione. L'elenco che segue metterà in evidenza alcune aree chiave per l'ispezione.

• Montaggio del CPS per nell’alloggiamento/fissaggio. Il sensore deve essere posizionato correttamente e saldamente.
• Ispezionare la punta del CPS per danni/oggetti estranei.
• Ispezionare l’anello di pick-up per danni/oggetti estranei.
• Ispezionare il traferro tra CPS e l'anello di pick-up.
• Ispezionare l’esaurimento dell’anello di pick-up.
• Controllare il gioco assiale sull'anello di pick-up.
• Ispezionare il CPS per ingresso d’acqua/refrigerante e corrosione.
• Ispezionare il CPS e l’allineamento del numero pin del connettore PCM secondo la specifica del veicolo.
• Controllare la posizione del CPS per fonti di interferenza (consumatori di alta corrente ad es. motore di avviamento, bobine di accensione e iniettori).

AT429-1(IT)