tester sond lambda avt520(1), Samochód tester sond lambda
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
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
21
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.
π
/
ω
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)
22
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
23
Tester samochodowych sond lambda
WYKAZ ELEMENTÓW
Płytka sterownika
Rezystory
R1: 15k
Ω
/1%
Ω
R4, R5: 10
Ω
Ω
R7, R8: 200
Ω
R9: 680
Ω
Ω
R11: 10k
Ω
R12: 4,7k
Ω
R13: 42k
Ω
Ω
R15: 6,8k
Ω
R16: 47k
Ω
Ω
R18: 2,2k
Ω
/1%
/1%
Kondensatory
C1: 100
Ω
µ
F/25V
F/25V
C3...C5: 100nF
C6, C7: 20pF
C8: 10
µ
µ
F/16V
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
µ
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”
24
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:
?pdf/lipiec03.htm
oraz na p³ycie
CD-EP7/2003B w katalogu
PCB
.
Elektronika Praktyczna 7/2003
25
[ Pobierz całość w formacie PDF ]