Вадим Фридрихович Яковлев, доцент
Павел Александрович Емельянов, студент 3-ЭТ-8
Самарский государственный технический университет
Датчики расхода необходимы для оптимальной реализации основных функций управления ЭБУ двигателя. В системах управления впрыском топлива количество подаваемого в двигатель топлива рассчитывается по массе воздуха, подаваемого в цилиндры. Масса воздуха MA измеряется непосредственно или косвенно, по объемному расходу:
MA = N·V·η·P/RA·TA
N – число оборотов, V – литраж, η – коэффициент использования объема двигателя (η = f(N)), Р – разрежение во впускном коллекторе, RA – постоянная, TA – температура воздуха во впускном коллекторе. При косвенном измерении MA следует учитывать зависимость V от коксования, запаздывание изменений Р по отношению к изменениям MA. Способ получается более дешевым по отношению к непосредственному измерению массы (Р меняется в динамическом диапазоне 1…5), но менее точным. Современные автомобили оснащаются в основном датчиками для непосредственного измерения MA (динамический диапазон 1…100). Выходной сигнал аналоговый 0…4 В или частотный.
Помимо измерения массы поступающего в двигатель воздуха датчики расхода находят (или найдут) применение в следующих автомобильных системах:
1) Информация о расходе топлива для информационной системы водителя. Расход определяется суммированием времени отпирания форсунок; по разности между количеством топлива, поступающим в рампу форсунок и возвращенным в бак и т.д.
2) Расход газа через клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR). При определенных условиях выхлопные газы через клапан EGR охлаждают камеру сгорания, что понижает содержание NOХ в выхлопе. Контроль за расходом газа через клапан – один из способов проверки правильности его функционирования. В соответствии с требованиями OBD – II ЭБУ осуществляет постоянный мониторинг систем, неисправность которых приведет к увеличению загрязнения окружающей среды.
3)Расход дополнительного воздуха в каталитическом нейтрализаторе. В некоторых типах нейтрализаторов для минимизации токсичных веществ СО и НС применяется подача дополнительного воздуха, когда рабочая смесь богатая при прогреве двигателя. Исправность насоса контролируется по расходу воздуха. Непосредственный контроль за составом выхлопных газов не применяется из – за высокой стоимости измерительного оборудования.
В таблице 1 приведены сведения о параметрах датчиков расхода:
Таблица 1
| Назначение | Что измеряется | Диапазон, [кГ/час] | Допустимая погрешность,[%] |
| Воздух, поступающий в двигатель | Масса | 10 – 1000 | ±4 |
| Расход топлива | Масса/объем | 1 – 66 | ±4 |
| EGR | Масса | 30 – 100 | ±10 |
| Доп. воздух в нейтрализаторе | Объем | 50 | ±20 |
Датчики расхода имеют принцип действия, основанный на измерении одного из следующих параметров: угла отклонения паруса или скорости вращения турбины, находящейся в потоке среды (жидкости или газа); падения давления среды после прохождения ею препятствия (дросселя); температуры находящегося в потоке среды нагретого тела.
Датчик с измерительной заслонкой
Рис.1.Датчик расхода воздуха с измерительной заслонкой
В датчике расхода воздуха с измерительной заслонкой воздушный поток воздействует на измерительную заслонку 2 (рис. 1) прямоугольной формы. Заслонка закреплена на оси в специальном канале, поворот заслонки преобразуется потенциометром в напряжение, пропорциональное расходу воздуха. Потенциометр 5 представляет собой, как правило, цепочку резисторов, включенных параллельно контактной дорожке.
Воздействие воздушного потока на измерительную заслонку 2 уравновешивается пружиной. Для гашения колебаний, вызванных пульсациями воздушного потока и динамическими воздействиями характерными для автомобиля, особенно на плохих дорогах, в расходомере имеется демпфер 3 с пластиной 4. Пластина 4 выполнена как одно целое с измерительной заслонкой 2. Резкие перемещения измерительной заслонки становятся невозможными из-за воздействия на пластину 4 усилия воздуха сжимаемого в демпферной камере.
На входе в расходомер встроен датчик температуры поступающего воздуха 7. В верхней части расходомера расположен обводной канал 1 с винтом качества (состава) смеси 6. Расходомеры бывают с шести- и семи штекерным подключением , 8, 9 – контакты топливного насоса. Стрелками показано движение воздуха.
В большинстве датчиков с измерительной заслонкой при отклонении паруса выходное напряжение растет, есть конструкции, например, двигатели 1.8 л Ford или 2.8 л Toyota 5M-GE, где напряжение при отклонении паруса убывает.
Недостатками датчика являются запаздывание из-за инерционности измерительной заслонки и перерегулирование. Недостатки частично устраняются использованием легких материалов для измерительной заслонки и рациональным демпфированием. Для большей долговечности резистивное покрытие потенциометра выполняется из металлокерамики, напыленной на алюминиевую подложку. Динамический диапазон измеряемых значений расхода воздуха лежит в пределах 1…80.
Литература
1. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф.Новейшие автомобильные электронные системы. М.: Солон-Пресс, 2005. 256 с.
2. Ютт В.Е., Электрооборудование автомобилей, 2-е издание. М.: Транспорт, 2003. 365 с.
3. Ribbens W. B. Understanding automotive electronics.Burlington,USA: Newnes publications, 2009. 481 с.