Оптические торцевые поверхности

Чтобы обеспечить, по возможности, передачу

данных без потерь, торцевые поверхности

световода должны быть

– гладкими

– перпендикулярными и

– чистыми

Это возможно за счет применения специаль-

ного режущего инструмента.

Загрязнения и царапины на поверхности сре-

за увеличивают потери при передаче данных

(затухание).

Встроенная диагностика. Одной из важных функций, осуществляемой блоком управления, является непрерывная самодиагностика как входных и выходных цепей компонентов, так и некоторых функций внутреннего состояния системы. В современных блоках управления осуществление функций самодиагностики занимает до 50% ресурсов микрокомпьютера. В случае нахождения неисправностей в какой-либо цепи (например, отсутствие или несоответствие заданному уровню сигнала какого-либо датчика) микрокомпьютер записывает соответствующий данной неисправности цифровой код в специальную область памяти, для того чтобы получить информацию о характере неисправности, необходимо осуществить «считывание» кода из памяти компьютера. В более ранних системах это можно сделать переводом компьютера в режим выдачи диагностических кодов посредством вспышек индикаторных ламп.

Текущий контроль датчиков. Для того чтобы удостовериться в нали­чии нормального напряжения питания и в том, что выходной сигнал датчика находит­ся в допустимых пределах (например, для температурного датчика это диапазон между -40 и +150°С), работа датчиков от­слеживается встроенными диагностическими устройствами. В результате выявляются дефекты датчиков и исполнительных устройств, обрывы и короткие замыкания в электропроводке. Эти данные записываются в память и одновременно включаются соответствующие индикаторы, предупреждающие водителя. Кроме того, эта информация для долговременного хранения может быть записана в память с собственным источником питания, для просмотра с помощью специальных приборов, получивших название «сканеры»

Сигналы наиболее важных датчиков, нас­колько это возможно, дублируются. Это озна­чает, что в случае нарушения работы может быть использован другой подобный сигнал, или может быть выполнено два-три выбора.

Определение неисправностей осуществляется в пределах специальной области слежения за работой датчиков. В случае систем с программами об­ратной связи, например, контроль давления, можно также диагностировать отклонение от данного диапазона регулирования.

Путь прохождения сигнала может счи­таться неправильным, если неисправность присутствует больше заданного периода времени. Если однажды этот период был превышен, то неисправность сохраняется в памяти ЭБУ вместе с параметрами условий, при которых она случилась (например, тем­пература охлаждающей жидкости, частота вращения коленчатого вала двигателя и др.). Для многих неисправностей возможна пов­торная проверка датчика, если путь прохож­дения данного сигнала будет определен при отслеживании как не имеющий неисправнос­ти в рассматриваемом периоде времени.

Если выходной сигнал датчика выходит за допустимые пределы, то происходит перек­лючение на значение сигнала по умолча­нию. Эта процедура используется примени­тельно к следующим входным сигналам:

- напряжению аккумуляторной батареи;

- температуре охлаждающей жидкости, воздуха на впуске, моторного масла;

- давлению наддува;

- атмосферному давлению и расходу воз­духа на впуске.

В случае нарушения важных для движения функций осуществляется переключение на заменяющие функции, которые позволяют во­дителю доехать, например, до автосервиса.

Для питания микропроцессора, блоков памяти, входных формирователей и АЦП используется внутренний стабилизатор с выходным напряжением +5 В. Это же напряжение используется для питания различных активных датчиков (абсолютного давления, расхода воздуха или давления за дроссельной заслонкой, положения дроссельной заслонки и т.п.) и подачи напряжения смещения на пассивные датчики (температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха). В некоторых случаях блок управления может иметь два стабилизатора — +5 В и +9 (+8) В.

К ЭБУ предъявляются очень высокие требо­вания по отношению к следующим факторам:

- температура окружающей среды для легковых автомобилей должна быть в пределах (-40 - +70°С);

- к воздействию со стороны таких материа­лов, как масло и топливо и т.п.;

- к воздействию к влажности окружающей среды;

- обладать механической прочностью, например, при наличии вибраций при работе двигателя;

- обладать защитой от электромагнитных колебаний.

Лямбда-регулирование. Для более точного регулирования горючей смеси в зависимости от качества сгорания (наличия свободного кислорода) и более высокой степени очистки отработавших газов необходима регулировка коэффициента избытка воздуха, чтобы состав смеси был близок к стехиометрическому. С этой целью в двигателях применяют системы, основой которых является специальный датчик, определяющий наличие кислорода в отработавших газах (лямбда-зонд), устанавливаемый в выпускной системе. Такие системы называют системами с обратной связью.

Датчик кислорода (рис. 4.24) представляет собой элемент из порошка двуокиси циркония, спеченного в форме пробирки, наружная и внутренняя поверхность которой покрыты пористой платиной или ее сплавом, что выполняет роль катализатора и токопроводящих электродов. Внешняя поверхность датчика покрыта тонким защитным слоем керамики. Двуокись циркония при высоких температурах приобретает свойство электролита, а датчик становится гальваническим элементом. Внешняя поверхность датчика соприкасается с отработавшими газами, а внутренняя с атмосферным воздухом.

Рис. 4.24. Датчик кислорода:

1 – твердый электролит двуокиси циркония; 2 – платиновый наружный электрод; 3 – платиновый внутренний электрод; 4 – контакты; 5 – корпусной контакт; 6 – выпуск отработавших газов

Принцип работы датчика кислорода показан на рис. 4.25. На поверхности электродов 1 и 2 (пористая платина) всегда присутствует остаточный кислород, связанный с водородом, углеродом или азотом. При высоких температурах (более 350° С) в случае обогащения смеси в граничной зоне Е возникает недостаток кислорода. Отрицательно заряженные ионы кислорода начинают перемещаться к электроду 1, заряд на котором по отношению к электроду 2 становится отрицательным, что приводит к возникновению э.д.с.

Рис. 4.25. Принцип работы датчика кислорода

Внутреннее сопротивление циркониевого датчика тем выше, чем ниже его температура. Поэтому генерирование э.д.с. датчиком начинается только при прогреве его до температуры 350° С. До этого времени потенциал на выходе датчика составляет 0,0…0,50 В – это опорное напряжение, подаваемое от входного каскада блока управления. Наличие опорного напряжения на входе блока позволяет определить готовность датчика к работе. На режимах пуска, прогрева холодного двигателя, ускорения и режиме максимальной мощности датчик не работает и состав смеси определяется блоком управления. Для расширения диапазона действия датчика и ускорения скорости его прогрева, особенно на режимах холостого хода и в условиях низких температур, применяют подогрев датчиков или их установку в непосредственной близости от двигателя.

При появлении в отработавших газах кислорода (коэффициент избытка воздуха λ больше единицы – бедная смесь) на контактах датчика падает напряжение (рис. 4.26).

Рис. 4.26. Выходной сигнал датчика кислорода

Выходное напряжение датчика U_λ меняется от 0 до 1 В в течение очень короткого промежутка времени (несколько раз за 1 сек.) и свидетельствует о быстром реагировании как самого датчика, так и всей системы топливодозирования на установившихся режимах. Если оно увеличивается, тогда горючая смесь переходит в зону стехиометрического состава (от обедненной к обогащенной) и длительность впрыска (τ_упр) топлива форсункой впрыска изменяется. Таким образом, датчик работает в релейном режиме и позволяет применить его в системе автоматической стабилизации состава смеси в зоне стехиометрического состава. Упрощенный алгоритм работы системы с обратной связью (режим замкнутого контура или замкнутой петли) представлен на рис. 4.27.

Рис. 4.27. Упрощенный алгоритм работы системы λ-коррекции

Весь цикл непрерывно повторяется и состав смеси изменяется от значений λ=0,97…98 до значений λ=1,02…1,03. Исключение составляют следующие режимы: режим максимальной мощности (λ= 0,86…0,88), режим торможения двигателем (отключение подачи топлива, при этом смесь очень обедненная и λ значительно больше единицы), режим ускорения (обогащение смеси, адекватное скорости открытия дроссельной заслонки).

В силу различных причин (изменения характеристик датчика кислорода и технического состояния двигателя, нестабильности топлива и др.) с течением времени изменения только одной коррекции времени впрыска для управления питанием двигателя оказывается недостаточно. Чтобы учесть изменения, влияющие на работу топливной системы, в последних электронных системах питания, электронный блок управления подстраивается под возникающие изменения (самообучение системы). В связи с этим для корректирования состава смеси кроме коэффициента коррекции λ применяются еще два коэффициента λ1 – аддитивный коэффициент коррекции самообучения и λ2 – мультипликативный коэффициент коррекции самообучения. Первый коэффициент корректирует работу двигателя на режиме холостого хода, второй – на режиме частичных нагрузок. Если неисправности двигателя или отдельных элементов системы питания, возникшие в процессе эксплуатации автомобиля, определяются с помощью сканирующего прибора и устраняются, тогда коэффициенты λ, λ1, λ2 возвращаются к номинальным значениям.

Согласно требованиям Евро III и Евро IV система самодиагностики должна реги­стрировать пропуски воспламенения смеси. Из-за них резко повышается содержа­ние вредных веществ в отработавших газах – в первую очередь несгоревших угле­водородов. Дожигание чрезмерного количества углеводородов перегревает нейтрализатор и может вывести его из строя. При уровне пропусков воспламенения двигателе свыше 4% (на каждые 100 рабочих циклов – более 4 пропусков) со­держание несгоревших паров топлива в отработавших газах становится выше допускаемых норм.

В случае появления пропусков воспламенения электронный блок управления фиксирует повы­шенную неравномерность вращения коленчатого вала, по показаниям датчика его положения следующим образом. Например, двигатель с порядком воспламенения в цилиндрах 1-3-4-2 работает в установив­шемся режиме, причем первый и третий цилиндры в порядке, а в четвертом вос­пламенения нет. Время полуоборота пер­вого и третьего цилиндров одинаковое, а у четвертого оно больше – вращение коленчатого вала за­медляется. Во втором исправном цилиндре начинается ускорение вращения. Электронный блок управления фиксирует сбой в работе двигателя и помечает его как пропуск.

Для подсчета пропусков у каждого ци­линдра свой счетчик: SUM1, SUM2, SUM3, SUM4. Вычислить неисправный цилиндр блоку управления помогает датчик положения распределительного вала. Допустим, обнаружен пропуск воспламе­нения в третьем цилиндре, тогда значение SUM3 увеличивается на единицу и т.д. Подсчет продолжается в течение 1000 оборотов коленчатого вала (допустимо, если счетчик накопит за это время пять пропусков), потом результат обнуляется и от­счет возобновляется.

Система самодиагностики в комплек­тации Евро III следит за пока­заниями счетчиков. Если их сумма превы­сит отметку 2,5% – будет зафиксирована неисправность и записан код ошибки Р0300. Коды Р0301, Р0302, Р0303, Р0304 указывают неисправность конкретного цилиндра.

В паре со счетчиком SUM работает еще один – SUMKAT. Его задача – фиксировать пропуски во всех цилиндрах, влияющие на работоспособность нейтрализатора. При обнаружении одного пропуска пока­зание счетчика изменяется не на единицу, как в предыдущем случае, а на большую величину, зависящую от режима работы двигателя. Мини­мальный скачок составляет 30 единиц, а максимальный – 250. Подсчет пропусков прекращается через каждые 200 оборо­тов коленчатого вала – и показание обнуляется. Если за такой цикл показание SUMKAT превысит 1000, то будет зафиксирована неисправность и в память контроллера записаны коды Р0300, Р0301...304.

Для того чтобы предупредить водителя о неисправности, на панели автомобиля начинает мигать контрольная лампа (Сheck engine), пре­дупреждая водителя о нештатной ситуа­ции и после небольшой за­держки отключится форсунка в неисправ­ном цилиндре. При многочисленных про­пусках сразу в двух цилиндрах контрол­лер отключит оба – в любом случае пере­грев нейтрализатора недопустим.

В ряде случаев самодиагностика мо­жет ошибаться по объективным причи­нам. Так, движение автомобиля по неров­ному покрытию означает неравномерное вращение колес, а с ними и коленчатого вала. Чтобы толчок колеса из-за неровностей дороги блок управления не посчитал за пропуск воспламенения, в мо­торном отсеке некоторых автомобилей, удовлетворяющих нормам Евро III, рядом с верх­ней опорой стойки устанавливают «датчик неровной дороги».

Согласно европейскому законодатель­ству (Евро III, Евро IV), бортовая диагности­ка должна контролировать состояние ней­трализатора и при неисправности вклю­чать диагностическую лампу. Для выпол­нения этого условия на выходе из нейтра­лизатора устанавливают второй датчик кисло­рода.

Второй датчик также участву­ет в точной подстройке состава топливовоздушной смеси, компенсируя погреш­ность первого датчика, которую необхо­димо учитывать по мере его старения. Контроллеры некоторых фирм, сравнивая показания обоих датчиков, рассчитывают коэффициент старения нейтрализатора, на основе которого специалисты по диаг­ностике строят свои прогнозы.

В отдельных автомобилях нашли применение кислородные датчики, в которых вместо циркониевого элемента используется титановый. Принцип действия титанового датчика полностью отличается от принципа работы циркониевого датчика и заключается в изменении его проводимости при приложении напряжения в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах. Титановый датчик не вырабатывает напряжение, а изменяет свое сопротивление в зависимости от изменений состава топливной смеси. Из электронного блока управления на титановый датчик поступает опорное напряжение (примерно 1 в) от эталонного источника тока с высоким выходным сопротивлением. Изменение состава топливно-воздушной смеси вызывает скачкообразное изменение сопротивления титанового датчика и, как следствие, скачкообразное изменение протекающего через него тока. Соответственно этому изменяется падение напряжения на включенном последовательно с датчиком сопротивлении. Вместо постепенного изменения выходного напряжения как в циркониевом датчике, этот датчик изменяет своё сопротивление скачкообразно от малого (менее 1 кОм) при богатой смеси, к большому (более 20 кОм) при обедненной смеси. Титановые зонды широко использовались в некоторых моделях Nissan, Mitsubishi, Chrysler.

Регулятор давления топлива. Регулятор давления топлива(рис. 4.28) поддерживает давление в топливопроводе и форсунках работающего двигателя в пределах 2,8... 3,3 кгс/см², что необходимо для приготовления горючей смеси требуемого качества на всех режимах работы двигателя. Регулятор давления состоит из корпуса 1 и крышки 3, между которыми закреплена диафрагма 4с клапаном 2. Внутренняя полость регулятора делится диафрагмой на две полости: вакуумную и топливную.

Вакуумная полость находится в крышке 3регулятора и связана с ресивером, а топливная полость – в корпусе 1 регулятора и связана с топливным баком.

При закрытии воздушной дроссельной заслонки вакуум в ресивере увеличивается, клапан регулятора открывается при меньшем давлении топлива и перепускает избыточное топливо по сливному топливопроводу в топливный бак. При этом давление топлива в топливопроводе 2двигателя понижается. При открытии воздушной дроссельной заслонки вакуум в ресивере уменьшается, клапан регулятора открывается уже при большем давлении топлива. В результате давление топлива в топливопроводе двигателя повышается.

Рис. 4.28. Регулятор давления топлива:

а – клапан закрыт; б – клапан открыт; 1 – корпус; 2 – клапан; 3 – крышка; 4 – диафрагма

Форсунка. Форсунка (рис. 4.29) пред­ставляет собой электромагнитный клапан. Форсунка предназначена для впрыска дозированного количества топлива, необходимого для приготовления горючей смеси при различных режимах работы двигателя. Дозирование количества топлива зависит от длительности электрического импульса, поступающего в обмотку катушки электромагнита форсунки. Впрыск топлива форсункой синхронизирован с положением поршня в цилиндре двигателя.

Форсунка состоит из корпуса 3, крышки 6, обмотки катушки 4,электромагнита, сердечника 8электромагнита, иглы 2запорного клапана, корпуса 9распылителя, насадки 1распылителя и фильтра 5. При работе двигателя топливо под давлением поступает в форсунку через фильтр 5 и проходит к запорному клапану, который находится в закрытом положении под действием пружины 7.

Рис. 4.29. Форсунка электронной системы впрыска:

1 – насадка; 2 – игла; 3,9 – корпуса; 4 – обмотка катушки; 5 – фильтр; 6 – крышка; 7 – пружина; 8 – сердечник

При поступлении электрического импульса в обмотку катушки 4электромагнита возникает магнитное поле, которое притягивает сердечник 8и вместе с ним иглу 2запорного клапана. При этом отверстие в корпусе 9 распылителя открывается, и топливо под давлением впрыскивается в распыленном виде во впускной трубопровод.

После прекращения поступления электрического импульса в обмотку катушки электромагнита магнитное после исчезает, и под действием пружины 7 сердечник 8электромагнита и игла 2запорного клапана возвращаются в исходное положение. Отверстие в корпусе 9распылителя закрывается, и впрыск топлива из форсунки прекращается.

Расходомеры воздуха. Расходомеры воздуха и датчики, применяемые для систем впрыска бензиновых двигателей имеют распространение и для дизельной топливной аппаратурой с электронным управлением, поэтому в разделах по дизельной аппаратуре они не будут рассматриваться.

Расходомер с поворотными заслонками. Расходомер воздуха (рис. 4.30) расположен между воздухоочистителем и корпусом дроссельной заслонки.

Рис. 4.30. Расходомер воздуха с поворотными заслонками:

1 – подача напряжения от электронного блока управления; 2 – датчик температуры поступающего воздуха; 3 – подвод воздуха от воздушного фильтра; 4 – спиральная пружина; 5 – демпфирующая камера; 6 – заслонка демпфирующей камеры; 7 – подача воздуха к дроссельной заслонке; 8 – заслонка напора воздуха; 9 – обводной канал; 10 – потенциометр

Принцип действия расходомера основан на так называемом сопротивлении среды. Он измеряет усилие, действующее на заслонку 8, которую поток воздуха, поступающего в двигатель, заставляет поворачиваться на определенный угол, преодолевая усилие спиральной пружины. Момент закручивания пружины выбран так, чтобы заслонка создавала незначительную потерю напора. Для предотвращения колебаний напорной заслонки под действием потока воздуха проходящего по впускному трубопроводу, особенно на режиме холостого хода, предусмотрена демпфирующая камера 5, в которой расположена заслонка 6, имеющая такую же рабочую поверхность, как и заслонка напора воздуха 8. Объем демпферной камеры, а также зазор между заслонкой 6 демпфирующей камеры и корпусом подобраны так, чтобы напорная заслонка была способна отслеживать быстрые изменения расхода воздуха при разгоне.

Соединенный с осью напорной заслонки потенциометр преобразует механическое перемещение напорной заслонки в изменение электрического напряжения, которое передается в блок управления для точной дозировки топлива.

Напряжение аккумулятора через главное реле системы подается на резистор, расположенный внутри корпуса датчика. Балластный резистор понижает напряжение до уровня от 5.0 до 10.0 В. Это напряжение подводится к разъему блока управления и к крайнему выводу реостата потенциометра. Второй вывод реостата со­единен с массой. Сигнал потенциометра снимается с движка через кон­такт датчика на контакт блока управления.

Внутренняя геометрия расходомера обеспечивает логарифмическую корреляцию между потоком воздуха и угловым положением напорной заслонки, что позволяет рассчитывать оптимальный состав смеси на режимах малых нагрузок.

Потенциометр установлен в герметичном корпусе и состоит из керамического основания с рядом контактов и нескольких резисторов. Сопротивление резисторов постоянно и не зависит от резких колебаний температуры в моторном отсеке.

Для исключения влияния напряжения аккумуляторной батареи на сигнал, выдаваемый потенциометром, электронный блок управления учитывает разницу между этим напряжением и выходным напряжением расходомера воздуха.

Параллельно с электрической цепью расходомера воздуха включен датчик температуры всасываемого воздуха. Он представляет собой резистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при увеличении температуры. Сигналы, поступающие от датчика, изменяют выходной сигнал расходомера в зависимости от температуры поступающего воздуха.

Обводной канал 9 под напорной заслонкой служит для прохода воздуха на холостом ходу.

Расходомер воздуха с нагреваемой нитью. Преимущество таких датчиков отсутствие механически подвижных деталей, что определяет их большую долговечность.

Расходомер подобной конструкции является термическим датчиком нагрузки двигателя (рис. 4.31).

Рис. 4.31. Расходомер воздуха с проволочным нагревательным элементом (нитью):

1 – температурный датчик; 2 – кольцо датчика с проволочным нагревательным элементом; 3 – прецизионный реостат; Q_м – массовый расход воздуха в единицу времени

Его устанавливают между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой, и он определяет массу всасываемого воздуха в кг/час. Датчики с нагре­ваемой нитью и с нагреваемой пленкой имеют один и тот же принцип работы. Расположенный в воздушном потоке и нагревае­мый электрическим током про­водник (платиновая нить или токопроводящая полимерная плен­ка) охлаждается обтекающим его воздухом.

Нить нагревается электрическим током, и температура ее поддер­живается постоянной. Если нить охлаждается, то проходящий через нее ток увеличивается до тех пор, пока температура нити не восста­навливается до первоначальной величины. Изменение силы тока воспринимается в блоке управления и является измеряемым пара­метром для определения расхода всасываемого воздуха. Встроенный датчик температуры служит для того, чтобы температура всасывае­мого воздуха не искажала результаты измерений.

Поступающий поток воздуха обтекает нагретый электрическим током проводник, который встроен в измеритель воздушной массы. Специальная электронная схема управления поддерживает постоян­ную температуру проводника относительно температуры поступаю­щего воздуха. При увеличении количества поступающего воздуха проводник будет охлаждаться. Величина тока нагрева, требуемого для сохранения постоянной температуры проводника, является ме­рой массы воздуха, поступающего в двигатель. Этот ток преобразу­ется в импульсы напряжения, которые обрабатываются блоком управления как основной входной параметр наравне с частотой вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, блок управления получает информацию о темпера­туре охлаждающей жидкости и поступающего воздуха. На основе входных сигналов блок управления выдает импульсы времени впры­ска топлива на форсунки.

Загрязнение нагреваемой нити может привести к искажению результатов измерений. Поэтому после каждой остано­вки двигателя нить подвергается воздействию повышенной темпера­туры и тем самым очищается.

Расходомер воздуха с пле­ночным термоанемометром. Измерительный патрубок 2 вмонтирован в массовый расходомер воздуха (рис. 4.32), который в зависимости от требуемого дви­гателем расхода воздуха имеет различ­ные диаметры. Он устанавливается во впуск­ном канале за воздушным фильтром. Воз­можен также вариант встроенного измери­тельного патрубка, который устанавливается внутри воздушного фильтра.

Воздух, входящий во впускной коллектор, обтекает чувствительный элемент датчика 5, который вместе с вычислительным кон­туром 3 является основным компонентом датчика.

Входящий воздух проходит через об­водной канал 7 за чувствительным эле­ментом датчика. Чувствительность датчика при наличии сильных пульсаций потока мо­жет быть улучшена применением соответ­ствующей конструкции обводного канала, при этом определяются также и обратные токи воздуха. Датчик соединяется с ЭБУ через выводы 1.

Рис. 4.32. Схема массового расходомера воздуха с пленочным термоанемометром

1 - выводы электрического разъема, 2 - измери­тельный патрубок или корпус воздушного фильт­ра, 3 - вычислительный контур (гибридная схе­ма), 4 - вход воздуха, 5 - чувствительный эле­мент датчика, 6 - выход воздуха, 7 - обводной канал, 8 - корпус датчика.

Принцип работы массового расходомера воздуха заключается в следующем. Микромеханическая диафрагма датчика 5 на чувствительном элементе 3 нагревается центральным нагревающим резистором (рис. 4.33). При этом имеет место резкое падение температуры на каждой стороне зоны нагрева 4.

Распределение температуры по диафраг­ме регистрируется двумя температурозависимыми резисторами, которые устанавли­ваются симметрично до и после нагреваю­щего резистора (точки измерения М₁ и М₂). При отсутствии потока воздуха на впуске температурная характеристика 1 одинакова на каждой стороне измеритель­ной зоны (Ti = T₂). Как только поток воздуха начинает обтекать чувствительный элемент датчика, распределение температуры по диафрагме меняется (характеристика 2).

Рис. 4.33. Принцип измерения массового расхода воздуха пленочным термоанемометром:

1 – температурная характеристика при отсутствии потока воздуха 2 – температурная характеристика при наличии потока воздуха; 3 – чувствительный элемент датчика; 4 – зона нагрева; 5 – диафрагма датчика; 6 – датчик с измерительным патрубком; 7 – поток воздуха; М₁, М₂ – точки измерения, Т₁, Т₂ –значения температуры в точках измерения M₁ и М₂; ΔT – перепад температур

На стороне входа воздуха температурная характеристика является более крутой, пос­кольку входящий воздух, обтекающий эту поверхность, охлаждает ее. Вначале на про­тивоположной стороне (сторона, наиболее близко расположенная к двигателю) чувствительный элемент датчика охлажда­ется, но затем воздух, подогреваемый наг­ревательным элементом, нагревает его. Из­менение в температурном распределении (ΔT) приводит к перепаду температур меж­ду точками измерения М₁ и М₂.

Тепло рассеивается в воздухе и, следова­тельно, температурная характеристика чувствительного элемента датчика является функцией массового расхода воздуха. Раз­ница температур, таким образом, есть мера массового расхода воздуха и при этом она не зависит от абсолютной температуры про­текающего потока воздуха. Кроме этого, разница температур является направлен­ной. Это означает, что массовый расходо­мер не только регистрирует количество вхо­дящего воздуха, но также и его направление.

Благодаря очень тонкой микромеханичес­кой диафрагме датчик имеет очень высокую динамическую чувствительность (<15 мс), что очень важно при больших пульсациях входя­щего воздуха.

Разница сопротивлений в точках измере­ния М₁ и М₂ преобразуется встроенным в датчик вычислительным (гибридной схе­мой) контуром в аналоговый сигнал напря­жением 0…5 В. Такой уровень напряжения подходит для обработки сигналов в ЭБУ. Используя характеристику датчика, запрограммированную в ЭБУ, измеренное напряжение преобразуется в величину, представляющую массовый расход воздуха (кг/ч). Форма кривой характеристики явля­ется такой, что диагностические устрой­ства, встроенные в ЭБУ, могут определять такие нарушения, как обрыв цепи.

В датчик может также быть вмонти­рован температурный датчик для выполне­ния вспомогательных функций. Он распола­гается в пластмассовом корпусе и не явля­ется обязательным для измерения массо­вого расхода воздуха.

Пленочный расходомер воздуха. Этот датчик состоит из толстопленочной диафрагмы, расположенной на керамической основе (рис. 4.34.). Датчик измеряет разрежение во впускном коллек­торе на основе измерения деформации пленочной диафрагмы. При определенных коэффициентах расширения керамической подложки и керамической пленочной крышки в результате охлаждения стыка диафрагма принимает форму купола. В результате получается пустотелая камера (пузырек) высотой примерно 100 мкм и диаметром 3…5 мм. Измерительные пьезоэлектрические элементы расположенные внутри пленки преобразуют перемещения диафрагмы в электрический сигнал.

Рис. 4.34. Пленочный расходомер воздуха:

1 – измерительная цепь; 2 – диафрагма; 3 – камера эталонного давления; 4 – измерительный элементы; 5 – керамическая подложка

Датчик давления воздуха в коллекторе. Отдельные системы с электронным управлением впрыска топлива содержат датчик давления воздуха в коллекторе (рис. 4.35), определяющий нагрузку двигателя и количество перепускаемых газов при рециркуляции. Помимо этого по сигналу датчика определяется нагрузка двигателя при пуске, так как измеритель расхода воздуха работает на этом режиме недостаточно точно из-за сильных пульсаций во впускной системе.

Датчик соединен вакуумным шлангом с впускным коллектором. Разрежение в коллекторе действует на мембрану. На мембране находятся тензорезисторы, сопротивление которых изменяется при деформации мембраны. Измеряемое давление при этом сравнивается с эталонным разрежением под мембраной. Мембрана прогибается в зависимости от давления во впускном трубопроводе, при этом изменяется напряжение на выходе датчика, создаваемое в результате изменения сопротивления тензорезисторов. Это напряжение используется в блоке управления для определения величины давления во впускном трубопроводе.

Абсолютное дав­ление в коллекторе вычисляется как атмосфер­ное давление минус разрежение в коллекторе. Питание датчика осуществляется эталон­ным напряжением 5,0 В. Сигнал датчика в виде напряжения, меняющегося в зависимости от давления, подается на БЭУ. На холостом ходу это напряжение составляет примерно 1,0 В, при полной нагрузке оно повышается до 4,5 В.

Рис. 4.35. Датчик давления воздуха во впускном коллекторе:

1 – полость разряжения; 2 – полупроводниковые элементы; 3 – мембрана; а – положение мембраны при малом разряжении; б – положение мембраны при большом разряжении

Массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, БЭУ вычисляет с учетом плотности, определяемой по значению абсолютного дав­ления и температуры воздуха в коллекторе, а также частоты вращения коленчатого вала.