Датчики для определения нагрузки двигателя

Одной из основных величин для расчета цикловой подачи топ­лива и угла опережения зажигания является нагрузка двигателя;

Для определения нагруз­ки двигателя используются следующие чувствительные элементы:

- датчик количества воздуха;

- нитевой датчик массового расхода воздуха;

- пленочный датчик массового расхода воздуха;

- датчик давления во впускной трубе;

- датчик положения дроссельной заслонки.

Датчик количества воздуха. Датчик устанавливает­ся между воздушным фильт­ром и дроссельной заслон­кой и производит измерение объема воздуха (м³/ч), по­ступающего в двигатель (рис. 6.29, где: 1 - дроссельная заслонка; 2- датчик расхода воздуха; 3- сигнал терморезистора; 4- блок управления; 5- сигнал потенциометра; 6- воздушный фильтр. q_l - поступающий воздух; α - угол отклонения заслонки). Проходящий поток воздуха отклоняет за­слонку, противодействуя по­стоянной силе возвратной пружины. Угловое положе­ние заслонки регистрируется потенциометром. Напряже­ние с него передается на блок управления, где произ­водится его сравнение с пи­тающим напряжением по­тенциометра. Это отноше­ние напряжений является мерой для поступающего в двигатель объема воздуха. Определение отношений напряжений в блоке управления исключает влияние изно­са и температурных характеристик сопротивлений потенциометра на точность. Чтобы пульсации проходящего воздуха не вели к колеба­тельным движениям воздушной заслонки, она стабилизируется противовесной заслонкой. С целью учета изменения плотности посту­пающего воздуха при изменении температуры датчик расхода оснащен терморезистором.

Рис. 6.28.

По сопротивлению терморезистора проводит­ся корректировка показаний датчика. Датчик количества воздуха дол­гое время был составной частью большинства систем Motronic и Jetronic, выпускаемых серийно. Согласно современным требованиям показания датчика расхода воздуха не должны зависеть от атмо­сферного давления, температуры пульсаций и обратного потока воз­духа, возникающих при работе двигателя. Поэтому в настоящее вре­мя датчик количества воздуха с заслонкой заменен более совершен­ными датчиками массового расхода воздуха.

Рис. 6.29

Датчики массового расхода воздуха. Датчиками массового расхода воздуха называют нитевые или пленочные термоанемометрические датчики. Они устанавливаются между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и измеряют массу воздуха, по­ступающего в двигатель (кг/ч). Принцип действия обоих датчиков одинаков. В потоке поступающего воздуха находится электрически нагреваемое тело, которое охлаждается воздушным потоком.

Схема регулирования тока нагрева рассчитана таким образом, что всегда имеется положительная разность температуры измерительно­го тела относительно проходящего воздуха. В данном случае ток на­грева является мерой для массы воздушного потока. При таком ме­тоде измерения производится учет плотности воздуха, так как она также определяет величину теплоотдачи нагреваемого тела. Отсут­ствие в датчике подвижных частей делает его более надежным.

Нитевой датчик массового расхода воздуха. У данного дат­чика нагреваемым элементом является платиновая нить толщиной 70 мкм. Для учета температуры поступающего воздуха производит­ся ее измерение встроенным компенсационным терморезистором. Нагреваемая нить и терморезистор включены в мостовую схему. Рис. 6.30 – отражает компоненты нитевого датчика массового расхода воздуха: 1 - компенсационный терморезистор; 2— кольцо с нагреваемой нитью; 3 - прецизионный резистор; Q_м - поступающий воздух. Рис. 6. 31 – мостовая схема нитевого датчика массового расхода воздуха: R_н - нагреваемая нить; R_к - компенсационный терморезистор; R_м - прецизионный резистор; R₁, R₂ - балансировочные резисторы; (U_м - выход­ное напряжение; Q_м - поток воздуха. Нитевой датчик массового расхода воздуха приведен на рис. 6.32, где: 1 – электронный модуль; 2 – крышка; 3 – металлическая вставка; 4 – внутренняя труба с нагреваемой нитью; 5 – кожух; 6 – защитная решетка; 7 – стопорное кольцо. Ток нагрева образует на прецизионном резисторе падение напряжения, пропорциональное массе проходящего воздуха. С целью предупреждения дрейфа за счет отложения загрязнений на платиновой нити после отключения двигателя осуществ­ляется ее нагрев «прожиг» в течение нескольких секунд до темпе­ратуры, ведущей к испарению или осыпанию отложений и тем са­мым ее очистке.

Рис. 6.30.

Рис. 6.31

Рис.6.32.

Пленочный датчик массового расхода воздуха. У такого датчика нагреваемым элементом является пленочный платиновый резистор, который находится вместе с другими элементами мостовой схемы на керамической подложке. Рис. 6.33. - пленочный датчик массового расхода воздуха: а – корпус; б – чувствительный элемент с нагреваемой пленкой (смонтирован в центре корпуса); 1 – радиатор; 2 – промежуточная деталь; 3 - силовой блок; 4 – электронный модуль; 5 - чувствительный элемент.

Рис. 6.34 - чувствительный элемент с нагреваемой пленкой: 1 – керамическая подложка; 2 – паз; R_к – компенсационный терморезистор; R₁ – резистор моста; R_Н – нагреваемый резистор; R_S – терморезистор.

Рис. 6.35 - . Схема пленочного датчика массового расхода воздуха: R_к - компенсационный терморезистор; R_н - нагреваемый резистор; R₁, R₂, R₃- резисторы моста; U_м - выходное напряжение; I_н - ток нагрева; t_L - температура воздуха; Q_м - поток воздуха.

Рис.6.33:

Температура нагреваемого элемента измеряется терморезисто­ром, который включен в мостовую схему. Раздельное исполнение нагревательного элемента и терморезистора удобно для организа­ции управления. Для измерения температуры воздуха используется компенсационный терморези­стор, также расположенный на подложке, но отделенный канав­кой. Напряжение на нагреваемом элементе является мерой для массы воздушного потока. Это напряжение преобразовывается электронной схемой измерителя в напряжение, совместимое с блоком управления.

Стабильность показаний дат­чика сохраняется без «прожига». В связи с тем, что засорение происходит в основном на пе­редней кромке датчика, установ­ка основных элементов произве­дена по ходу потока так, что за­сорение не оказывает влияния на датчик.

Рис. 6.34

Датчик давления во впуск­ной трубе. Датчик давления во впускной трубе пневматически соединен с последней и замеряет абсолютное давление (кПа). Он изготавливается в виде встраи­ваемого в блок управления эле­мента или как отдельный датчик, который устанавливается вблизи или на самой впускной трубе. При применении встроенного датчика соединение с впускной трубой производится шлангом. Датчик со­стоит из пневматической секции с двумя чувствительными элемен­тами и схемы обработки сигнала, установленных на общей керами­ческой подложке (рис. 6.36, где: 1 – штуцер; 2 – камера под давлением с чувствительным элементом; 3 – уплотнительная стенка; 4 – блок обработки; 5 – толстопленочная гибридная стенка).

Чувствительный элемент представляет собой колоколообразную толстопленочную мембрану, которая образует камеру с образцо­вым внутренним давлением.

В зависимости от давления во впускной трубе мембрана проги­бается на определенную глубину. На мембране установлены пьезорезисторы, проводимость которых меняется от механического напряжения. Чувствительный элемент датчика давления представлен на рис. 6.37, где: 1 – пьезорезисторы; 2 – основная мембрана; 3 – камера образцового давления; 4 – керамическая подложка; Р - давление.

Рис. 6.35

Пьезорезисторы включены по мостовой схеме, так что смеще­ние мембраны вызывает напряжение рассогласования моста, кото­рое является мерой давления во впускной трубе.

Блок обработки увеличивает напряжения моста, компенсирует влияние температуры и обеспечивает линейный выходной сигнал, пропорциональный давлению.

Рис.6.36.

Рис.6.37.

Датчик положения дроссельной заслонки. Датчик положения дроссельной заслонки определяет угол ее поворота для расчета вспомогательного сигнала о нагрузке двигателя. Он позволяет получать дополнительную информацию для распознавания режимов (холостой ход, частичная и полная нагрузки) и может ис­пользоваться в качестве источника аварийного сигнала при выходе из строя основного датчика нагрузки. Обработка сигнала датчика в БУ позволяет рассчитывать не только положение, но и скорость перемещения педали управления дроссельной заслонкой. В боль­шинстве систем датчик устанавливается на патрубке дроссельной заслонки и находится на одной оси с ней. Потенциометр замеряет угловое положение дроссельной заслонки и передает соотношение напряжений через резисторную схему на блок управления (рис. 6.38 и 6.39). Использование датчика дроссельной заслонки в качестве основного датчика нагрузки предъявляет повышенные требования к его точности, что достигается за счет установки двух потенциометров и усовершенствования опор вращения. Поступаю­щая масса воздуха определяется блоком управления в зависимо­сти от положения дроссельной заслонки и частоты вращения дви­гателя. Температурные колебания воздушной массы учитываются после обработки сигналов температурных датчиков.

В системах с электроуправляемой дроссельной заслонкой дат­чик располагается на педали управления топливоподачей.