Витратоміри повітря. Пристрій і принцип дії

1. Регулятор потоку з поворотними заслінками
2. Регулятор потоку повітря з нагрівається ниткою
3. Регулятор потоку повітря з плівковим термоанемометром
4. Плівковий витратомір повітря
5. Датчик тиску повітря в колекторі

Наши партнеры ArtmMisto

Витратоміри повітря і датчики, що застосовуються для систем уприскування бензинових двигунів мають поширення і для дизельної паливної апаратурою з електронним управлінням, тому в розділах по дизельної апаратури вони не будуть розглядатися.

Регулятор потоку з поворотними заслінками

Регулятор потоку повітря розташований між воздухоочистителем і корпусом дросельної заслінки.

Мал. Регулятор потоку повітря з поворотними заслінками:
1 - подача напруги від електронного блоку управління; 2 - датчик температури повітря, що поступає; 3 - підведення повітря від повітряного фільтра; 4 - спіральна пружина; 5 - демпфуюча камера; 6 - заслінка демпфирующей камери; 7 - подача повітря до дросельної заслінки; 8 - заслінка напору повітря; 9 - обвідний канал; 10 - потенціометр

Принцип дії витратоміра заснований на так званому опір середовища. Він вимірює зусилля, що діє на заслінку 8, яку потік повітря, що надходить у двигун, змушує повертатися на певний кут, долаючи зусилля спіральної пружини. Момент закручування пружини обраний так, щоб заслінка створювала незначну втрату напору. Для запобігання коливань напірної заслінки під дією потоку повітря проходить по впускному трубопроводу, особливо на режимі холостого ходу, передбачена демпфуюча камера 5, в якій розташована заслінка 6, що має таку ж робочу поверхню, як і заслінка напору повітря 8. Обсяг демпферного камери, а також зазор між заслінкою 6 демпфирующей камери і корпусом підібрані так, щоб напірна заслінка була здатна відстежувати швидкі зміни витрати повітря при розгоні.

З'єднаний з віссю напірної заслінки потенціометр перетворює механічне переміщення напірної заслінки в зміна електричної напруги, яке передається в блок керування для точного дозування палива.

Напруга акумулятора через головне реле системи подається на резистор, розташований всередині корпусу датчика. Баластний резистор знижує напругу до рівня від 5.0 до 10.0 В. Ця напруга підводиться до гнізда блоку управління і до крайнього висновку реостата потенціометра. Другий висновок реостата з'єднаний з масою. Сигнал потенціометра знімається з движка через контакт датчика на контакт блоку управління.

Внутрішня геометрія витратоміра забезпечує логарифмічну кореляцію між потоком повітря і кутовим положенням напірної заслінки, що дозволяє розраховувати оптимальний склад суміші на режимах малих навантажень.

Потенціометр встановлений в герметичному корпусі і складається з керамічного підстави з рядом контактів і декількох резисторів. Опір резисторів постійно і не залежить від різких коливань температури в моторному відсіку.

Для виключення впливу напруги акумуляторної батареї на сигнал, що видається потенціометром, електронний блок управління враховує різницю між цим напругою і вихідною напругою витратоміра повітря.

Паралельно з електричним колом витратоміра повітря включений датчик температури всмоктуваного повітря. Він являє собою резистор з негативним температурним коефіцієнтом, т. Е. Його опір зменшується при збільшенні температури. Сигнали, що надходять від датчика, змінюють вихідний сигнал витратоміра в залежності від температури повітря, що поступає.

Обвідний канал 9 під напірної заслінкою служить для проходу повітря на холостому ходу.

Регулятор потоку повітря з нагрівається ниткою

Перевага таких датчиків відсутність механічно рухомих деталей, що визначає їх велику довговічність.

Регулятор потоку подібної конструкції є термічним датчиком навантаження двигуна.

Мал. Регулятор потоку повітря з дротовим нагрівальним елементом (ниткою):
1 - температурний датчик; 2 - кільце датчика з дротовим нагрівальним елементом; 3 - прецизійний реостат; Q м - масова витрата повітря в одиницю часу

Його встановлюють між повітряним фільтром і дросельною заслінкою, і він визначає масу всмоктуваного повітря в кг / год. Датчики з нагрівається ниткою і з нагрівається плівкою мають один і той же принцип роботи. Розташований в повітряному потоці і нагрівається електричним струмом провідник (платинова нитка або струмопровідна полімерна плівка) охолоджується оточуючий його повітрям.

Нитка нагрівається електричним струмом, і температура її підтримується постійною. Якщо нитка охолоджується, то проходить через неї струм збільшується до тих пір, поки температура нитки не відновлюється до початкової величини. Зміна сили струму сприймається в блоці управління і є вимірюваним параметром для визначення витрати всмоктуваного повітря. Вбудований датчик температури служить для того, щоб температура всмоктуваного повітря не спотворювала результати вимірів.

Вступник потік повітря обтікає нагріте електричним струмом провідник, який вбудований в вимірювач повітряної маси. Спеціальна електронна схема управління підтримує постійну температуру провідника щодо температури повітря, що поступає. При збільшенні кількості повітря, що поступає провідник буде охолоджуватися. Величина струму нагрівання, необхідного для збереження постійної температури провідника, є мірою маси повітря, що надходить у двигун. Цей струм перетвориться в імпульси напруги, які обробляються блоком управління як основний вхідний параметр нарівні з частотою обертання колінчастого вала двигуна. Крім того, блок управління отримує інформацію про температуру охолоджуючої рідини і повітря, що поступає. На основі вхідних сигналів блок управління видає імпульси часу уприскування палива на форсунки.

Забруднення нагрівається нитки може призвести до спотворення результатів вимірювань. Тому після кожної зупинки двигуна нитка піддається впливу підвищеної температури і тим самим очищується.

Регулятор потоку повітря з плівковим термоанемометром

Патрубок 2 вмонтований в масовий витратомір повітря, який в залежності від необхідного двигуном витрати повітря має різні діаметри. Він встановлюється у впускному каналі за повітряним фільтром. Можливий також варіант вбудованого патрубку для вимірювання, який встановлюється всередині повітряного фільтра.

Повітря, що входить у впускний колектор, обтікає чутливий елемент датчика 5, який разом з обчислювальним контуром 3 є основним компонентом датчика.

Вхідне повітря проходить через обвідний канал 7 за чутливим елементом датчика. Чутливість датчика при наявності сильних пульсацій потоку може бути поліпшена застосуванням відповідної конструкції обвідного каналу, при цьому визначаються також і зворотні струми повітря. Датчик з'єднується з ЕБУ через висновки 1.

Мал. Схема масового витратоміра повітря з плівковим термоанемометром:
1 - висновки електричного роз'єму, 2 - вимірювальний патрубок або корпус повітряного фільтра, 3 - обчислювальний контур (гібридна схема), 4 - вхід повітря, 5 - чутливий елемент датчика, 6 - вихід повітря, 7 - обвідний канал, 8 - корпус датчика.

Принцип роботи масового витратоміра повітря полягає в наступному. Мікромеханічними діафрагма датчика 5 на чутливому елементі 3 нагрівається центральним нагріваючим резистором. При цьому має місце різке падіння температури на кожній стороні зони нагріву 4.

Розподіл температури по діафрагмі реєструється двома температурозависимого резисторами, які встановлюються симетрично до і після нагріває резистора (точки вимірювання М1 і М2). При відсутності потоку повітря на впуску температурна характеристика 1 однакова на кожній стороні вимірювальної зони (Ti = T2). Як тільки потік повітря починає обтікати чутливий елемент датчика, розподіл температури по діафрагмі змінюється (характеристика 2).

Мал. Принцип вимірювання масової витрати повітря плівковим термоанемометром:
1 - температурна характеристика при відсутності потоку повітря 2 - температурна характеристика при наявності потоку повітря; 3 - чутливий елемент датчика; 4 - зона нагріву; 5 - діафрагма датчика; 6 - датчик з вимірювальним патрубком; 7 - потік повітря; М1, М2 - точки вимірювання, Т1, Т2 - значення температури в точках вимірювання M1 і М2; ΔT - перепад температур

На стороні входу повітря температурна характеристика є більш крутий, оскільки вхідне повітря, що обтікає цю поверхню, охолоджує її. Спочатку на протилежному боці (сторона, найближче розташована до двигуна) чутливий елемент датчика охолоджується, але потім повітря, що підігрівається нагрівальним елементом, нагріває його. Зміна в температурному розподілі (ΔT) призводить до перепаду температур між точками вимірювання М1 і М2.

Тепло розсіюється в повітрі і, отже, температурна характеристика чутливого елемента датчика є функцією масової витрати повітря. Різниця температур, таким чином, є міра масової витрати повітря і при цьому вона не залежить від абсолютної температури протікає потоку повітря. Крім цього, різниця температур є спрямованою. Це означає, що масовий витратомір не тільки реєструє кількість вхідного повітря, але також і його напрямок.

Завдяки дуже тонкої мікромеханічними діафрагми датчик має дуже високу динамічну чутливість (<15 мс), що дуже важливо при великих пульсаціях вхідного повітря.

Різниця опорів в точках вимірювання М1 і М2 перетворюється вбудованим в датчик обчислювальним (гібридної схемою) контуром в аналоговий сигнал напругою 0 ... 5 В. Такий рівень напруги підходить для обробки сигналів в ЕБУ. Використовуючи характеристику датчика, запрограмовану в ЕБУ, виміряна напруга перетвориться в розмір, що подає масова витрата повітря (кг / год). Форма кривої характеристики є такий, що діагностичні пристрої, вбудовані в ЕБУ, можуть визначати такі порушення, як обрив ланцюга.

У датчик може також бути вмонтований температурний датчик для виконання допоміжних функцій. Він розташовується в пластмасовому корпусі і не є обов'язковим для вимірювання масової витрати повітря.

Плівковий витратомір повітря

Цей датчик складається з толстопленочной діафрагми, розташованої на керамічній основі. Датчик вимірює розрідження у впускному колекторі на основі вимірювання деформації плівковою діафрагми. При певних коефіцієнтах розширення керамічної підкладки та керамічної плівковою кришки в результаті охолодження стику діафрагма приймає форму купола. В результаті виходить пустотіла камера (бульбашка) висотою приблизно 100 мкм і діаметром 3 ... 5 мм. Вимірювальні п'єзоелектричні елементи розташовані всередині плівки перетворять переміщення діафрагми в електричний сигнал.

Мал. Плівковий витратомір повітря:
1 - вимірювальна ланцюг; 2 - діафрагма; 3 - камера еталонного тиску; 4 - вимірювальний елементи; 5 - керамічна підкладка

Датчик тиску повітря в колекторі

Окремі системи з електронним управлінням вприскування палива містять датчик тиску повітря в колекторі, який визначає навантаження двигуна і кількість перепускає газів при рециркуляції. Крім цього за сигналом датчика визначається навантаження двигуна при пуску, так як вимірювач витрати повітря працює на цьому режимі недостатньо точно через сильні пульсацій у впускний системі.

Датчик з'єднаний вакуумним шлангом з впускним колектором. Розрідження в колекторі діє на мембрану. На мембрані знаходяться тензорезистори, опір яких змінюється при деформації мембрани. Вимірюється тиск при цьому порівнюється з еталонним розрідженням під мембраною. Мембрана прогинається в залежності від тиску у впускному трубопроводі, при цьому змінюється напруга на виході датчика, що створюється в результаті зміни опору тензорезисторів. Ця напруга використовується в блоці управління для визначення величини тиску у впускному трубопроводі.

Абсолютний тиск в колекторі обчислюється як атмосферний тиск мінус розрідження в колекторі. Харчування датчика здійснюється еталонним напругою 5,0 В. Сигнал датчика у вигляді напруги, мінливого в залежності від тиску, подається на БЕУ. На холостому ходу це напруга становить приблизно 1,0 В, при повному навантаженні воно підвищується до 4,5 В.

Мал. Датчик тиску повітря у впускному колекторі:
1 - порожнина розрядження; 2 - напівпровідникові елементи; 3 - мембрана; а - положення мембрани при малому розрядження; б - положення мембрани при великому розрядження

Масова витрата повітря, що надходить у двигун, БЕУ обчислює з урахуванням щільності, яка визначається за значенням абсолютного тиску і температури повітря в колекторі, а також частоти обертання колінчастого вала.