Bezbłędne działanie wyłączników i czujników jest niezmiernie ważne dla sterowania elektronicznego i regulacji wielu układów w motocyklu. W poprzednich wydaniach opisywaliśmy zasadę generowania napięcia elektrycznego, działanie i diagnozę kontaktronów, czujników termometrycznych, indukcyjnych i optycznych. Teraz zajmiemy się czujnikami spalania stukowego i czujnikami położenia.

Stukanie silnika

Otwarty czujnik rezonansowy. Biała płytka trzymana nakrętką to element piezo. Czujnik ten jest przeznaczony do określonego typu silnika.

Wykres pokazuje, jak przy przekroczeniu krytycznego napięcia sygnału chwila zapłonu jest cofana, a następnie ponownie przestawiana do przodu.

Czujniki przyspieszenia do rozpoznawania zderzenia, zamontowane na goleniach dolnych widelca.

Tutaj regulację stukania przewidziano tylko w środkowym zakresie obrotów. Zależnie od sygnałów z czujnika spalania stukowego, chwila zapłonu może się znajdować w dowolnym punkcie w polu z szarym tłem. W przypadku awarii regulacji stukania chwila zapłonu przebiega według krzywej przestawienia minimalnego.

Obraz skaningowego mikroskopu elektronowego pokazuje dobrze struktury krzemowe czujnika przyspieszenia. Dla porównania wielkości na ilustracji zamieszczony jest obraz ludzkiego wlosa. Struktura krzemowa w środku ilustracji mierzy przyspieszenie i pochylenie we wszystkich kierunkach. Poszczególne „ramiona” struktury mają grubość 2 μm i wysokość 20 μm.

Otwarty czujnik szerokopasmowy.

Płytka czujnika szerokopasmowego. W czarnym układzie scalonym na środku płytki znajduje się masa sejsmiczna z kondensatorami.

Dla maksymalnej mocy i sprawnego działania silnika ważna jest idealna chwila zapłonu. W tradycyjnych układach zapłonowych przestawienie zapłonu jest ustawione tak, aby zagwarantować wystarczająco duży odstęp bezpieczeństwa od samozapłonów. Jeśli chwila zapłonu jest oddalona od górnego martwego punktu o zbyt wiele stopni, to tłok, który nadal biegnie w kierunku górnego martwego punktu, jeszcze bardziej zmniejsza przestrzeń spalania, mimo że proces spalania został już zainicjowany. Powoduje to wzrost ciśnienia i temperatury w komorze spalania do tego stopnia, że niespalona mieszanka powietrzno-paliwowa przed czołem płomienia ulega gwałtownie samozapłonowi i spala się w sposób niekontrolowany. Powstają przy tym bardzo wysokie wartości ciśnienia, zanim tłok przejdzie przez górny martwy punkt. Obciążają one znacznie mechanizm korbowy i mogą uszkodzić silnik. Z zewnątrz zjawiska te można rozpoznać po stuku, stąd też mówi się o „stukaniu silnika”. Szczególnie niebezpieczne jest stukanie na wysokich obrotach, kiedy to bardzo głośna praca silnika zagłusza stuk. W związku z tym, w tradycyjnych układach krzywa przestawienia zapłonu lub charakterystyka wykreślna zapłonu jest określona tak, że ten krytyczny zakres nigdy nie jest osiągany. Powoduje to jednak utratę mocy. Ciśnienie maksymalne powinno oddziaływać na tłok bezpośrednio po górnym martwym punkcie, a nie dopiero 10 lub więcej stopni po nim. Układy zapłonowe z czujnikiem spalania stukowego wykorzystują te dane na ile się da i przestawiają chwilę zapłonu tak daleko do przodu, aż pojawią się pierwsze delikatne stuki. Wówczas cofają chwilę zapłonu, aż stukanie zaniknie, i małymi krokami ponownie przesuwają ją do przodu, aż pojawi się pierwsze stukanie itd. Stukanie musi się więc pojawić, aby zostało rozpoznane przez elektronikę monitorującą. Sztuka polega na tym, aby odpowiednio szybko wycofać się z zakresu stuku i cofnąć zapłon, by silnik nie został uszkodzony.

Konstrukcyjne hamulce stukania

Silniki motocyklowe są znacznie odporniejsze na stukanie niż silniki samochodów osobowych. Dzięki małym cylindrom i kompaktowym komorom spalania mieszanka powietrzno-paliwowa może się szybciej spalić, a ze względu na wysokie prędkości obrotowe tych silników paliwo nie ma czasu na „samowolkę” w zakresie spalania. Przez długi czas silniki motocyklowe mogły być napędzane zwykłą benzyną i dzięki temu osiągały bez problemu 150 KM/l.

Czujniki spalania stukowego

Czujniki spalania stukowego można porównać do mikrofonu, przez który dźwięki silnika przekazywane są do sterownika. Występują tutaj dwie konstrukcje: czujnik rezonansowy i czujnik szerokopasmowy. Zasadniczo oba składają się z elementu piezo, który dźwięki silnika wprawia w drgania i który wytwarza sygnał napięcia. Stukanie ma częstotliwość, która różni się od zwykłych odgłosów silnika i zależy od konstrukcji silnika. Czujnik rezonansowy dostosowany jest do stukania w określonym typie silnika. Jeśli pojawi się stukanie o częstotliwości charakterystycznej dla tego silnika, czujnik wysyła sygnał napięcia, który wywołuje korektę chwili zapłonu w sterowniku. Zakres pracy czujnika obejmuje więc względnie wąski zakres obrotów. Jeśli czujnik zostanie zamontowany w silniku o innej konstrukcji, nie przesyła sygnału, ponieważ stukanie występuje tam z częstotliwością, na którą czujnik rezonansowy nie reaguje prawidłowo. Natomiast czujniki szerokopasmowe wysyłają do sterownika sygnały w  znacznie szerszym zakresie częstotliwości. W sterowniku znajduje się elektronika analizująca, która filtruje stukanie i uruchamia korektę chwili zapłonu. Czujniki te mogą pracować w znacznie szerszym zakresie obrotów i być stosowane w różnych silnikach. W przypadku usterki regulacji stukania sterownik silnika wybiera przestawienie zapłonu, które zapewnia wystarczający odstęp od potencjalnych stuków. Chroni to silnik, ale jednocześnie obniża moc.

Kontrola czujnika spalania stukowego

Mówiąc prosto – „inteligencja” czujników rezonansowych tkwi w czujniku, a czujników szerokopasmowych – w sterowniku analizującym. Czujniki rezonansowe rozpoznaje się po kablu instalacyjnym – czujniki szerokopasmowe mają trzy złącza, ponieważ wymagają zasilania. Tutaj pojawia się znane już z poprzednich artykułów 5 V. Czujnik spalania stukowego można zasadniczo sprawdzić za pomocą oscyloskopu. Jeśli uderzy się w obudowę silnika, powinien na to zareagować i wygenerować sygnał napięcia. W ten sposób stwierdza się tylko, że czujnik wysyła sygnał, a nie czy działa prawidłowo. Poza tym można przeprowadzić typowe pomiary zasilania, połączenia z masą i przewodu sygnałowego. W przypadku czujników rezonansowych bez zasilania podręcznik warsztatowy może zalecać kontrolę metodą wykluczeń. Jeśli autodiagnoza wskazuje problem z czujnikiem spalania stukowego, może to mieć dwie przyczyny: czujnik nie przesyła prawidłowego sygnału lub przetwarzanie sygnału w sterowniku jest nieprawidłowe. Dlatego odłącza się kabel czujnika i kręci się silnikiem w zakresie roboczym sterowania stukaniem (liczba obrotów podana w podręczniku warsztatowym). Jeśli monitorowanie czujnikiem spalania stukowego działa, zaświeca się kontrolka ostrzegawcza. Jeśli kabel czujnika nie jest uszkodzony, problem prawdopodobnie tkwi w czujniku. Ważne: czujnika spalania stukowego nie wolno upuścić!

Czujnik przyspieszenia

Do rejestrowania dynamiki jazdy służą czujniki przyspieszenia. Określają one przyspieszenie wzdłużne, poprzeczne i pionowe oraz współczynnik odchylenia w pionie, kiwania bocznego i toczenia podczas jazdy. Na podstawie tych sygnałów sterownik oblicza kąt pochylenia wzdłużnego i poprzecznego. Dane te mogą posłużyć np. do regulacji ABS – tzw. ABS zakrętowy – lub zabezpieczenia przed przewróceniem. Najczęściej czujniki te zamontowane są w sterowniku ABS. Mogą one też rozpoznać uderzenie w razie wypadku i uruchomić poduszkę powietrzną. Przykładem działania takiego czujnika ruchu jest tutaj czujnik uruchamiania poduszki powietrznej w Hondzie Gold Wing. Jest to czujnik, który może mierzyć przyspieszenie tylko w jednym kierunku. Więcej nie potrzeba, ponieważ poduszka powietrzna chroni tylko w przypadku zderzenia czołowego. Aby wykluczyć „fałszywy alarm”, przynajmniej dwa takie czujniki (zależnie od modelu) zamocowane są na lewej i prawej goleni dolnej przedniego widelca. Chodzi tutaj o „mikromechaniczny powierzchniowy czujnik przyspieszenia” na zasadzie masy na sprężynie. W znacznym uproszczeniu: składa się on z dwóch kondensatorów C1 i C2 w układzie szeregowym, których pojemność zmienia się w zależności od przyspieszenia. Jeśli czujnik zarejestruje przyspieszenie, tzw. masa sejsmiczna zawieszona w jego wnętrzu na sprężynie przesuwa się. Powoduje to zmianę odstępu płytek w obu kondensatorach i w konsekwencji ich pojemności. Wynikający stąd sygnał napięcia zostaje wychwycony, wzmocniony układem scalonym i przekazany do sterownika. Jeśli czujnik przekroczy wartość krytyczną (dla zabezpieczenia występują przynajmniej dwa czujniki), sterownik włącza generator gazu napełniający poduszkę powietrzną.

Kontrola czujników

Tak jak w przypadku czujników spalania stukowego, czujników przyspieszenia nie można sprawdzić za pomocą prostych środków. Ponieważ znajdują się one zwykle w sterowniku, i tak nie można się do nich dostać. Inaczej sprawa wygląda w przypadku czujników umieszczonych na zewnątrz. Tutaj można sprawdzić kable i wtyczki, poza tym także w tych wariantach pozostaje tylko autodiagnoza układu lub testery producentów. Podczas prac na czujnikach przyspieszenia systemu poduszek powietrznych należy zachować ostrożność! Powinien się nimi zajmować tylko przeszkolony personel, aby przypadkowo nie aktywować poduszki.