Датчики массового расхода воздуха

Принцип действия

В датчиках массового расхода воздуха используется термоанемометрический метод измерения расхода, который основан на сносе тепла движущимся потоком воздуха. При помещении в движущуюся воздушную среду нагреваемого током терморезистора (преобразователя термоанемометра) снос тепла потоком воздуха является основным фактором, влияющим на теплоотдачу терморезистора. Сопротивление терморезистора изменяется вследствие охлаждения потоком, в результате чего резистор действует как датчик расхода. На рис. 4.13 показан резистор в канале потока. Ток I нагревает резистор до температуры T₁ (выше температуры окружающей среды Т₂). При этом теплоотвод осуществляется различными путями, в том числе путем вынужденной конвекции (потоком воздуха). Взаимосвязь объемного расхода воздуха Q, температур T₁ и Т₂, тока I, питания и сопротивления терморезистора R определяется уравнением Кинга:



где K₁ и К₂ - постоянные коэффициенты.

Отсюда легко может быть вычислен объемный расход воздуха



В качестве преобразователей термоанемометров используются проволочные терморезисторы из платины и вольфрама с диаметром проволоки 5...20 мкм, фибропленочные терморезисторы из кварцевой нити, покрытой слоем никеля, и пленочные (из никеля).





Преобразователи термоанемометров (терморезисторы) обычно включаются в мостовую измерительную цепь и работают в режиме заданной температуры (рис. 4.14). При нулевой скорости потока воздуха через терморезистор проходит некоторым начальный ток, который нагревает его до номинальной температуры, при которой мост находится в равновесии. При движении потока воздуха происходит охлаждение терморезистора, сопротивление его изменяется, равновесие моста нарушается и на выходе усилителя У появляется дополнительный ток, часть которого проходит через терморезистор. Выделяемое тепло компенсирует потери тепла, уносимого движущимся потоком воздуха. При этом температура и сопротивление терморезистора восстанавливаются до их номинальных значений. Расход воздуха определяется по значению тока, питающего мост. Для получения необходимого вида выходного сигнала в датчиках устанавливается электронный преобразователь (ЭП). Электронные преобразователи, устанавливаемые в реальных датчиках, преобразуют изменения тока питания моста, пропорциональные расходу воздуха, либо в изменения частоты выходного напряжения датчика (частотный выходной сигнал); либо в изменения величины выходного напряжения датчика (аналоговый выходной сигнал). Для уменьшения температурной погрешности в датчике вблизи основного термопреобразователя обычно размещают аналогичный по чувствительности терморезистор, не омываемый потоком воздуха.





Дат чик массового расхода воздуха ИВКШ 407282000 (Россия, рис. 4.15) или НШ2-4.7 0280212014 Bosch (Германия, рис. 4.16) служит для определения количества воздуха, идущего на заполнение цилиндров при работе двигателя. Датчик установлен во впускном тракте после воздушного фильтра и подсоединяется к электрическому жгуту системы управления шестиконтактной колодкой проводов. Датчик содержит чувствительный элемент 5 (см. рис. 4.15) и термокомпенсационный резистор 4, включенные в мостовую схему электронного модуля 15. Чувствительный элемент представляет собой платиновую нить диаметром 0,07...0,1 мм, размещенную внутри кольца 6, которое в свою очередь установлено в корпусе 9. Электронная схема модуля 15 поддерживает температуру плагине вой нити около 150°C. При работе двигателя воздух, поступающий в цилиндры двигателя, проходит через кольцо 6, охлаждая платиновую нить. Электронный модуль восстанавливает температуру нита до прежнего уровня.







Чем больше воздуха проходит через датчик, тем больше охлаждается нить и тем больше мощности затрачивает электронный модуль на восстановление температуры нита. Выходной сигнал датчика пропорционален затраченной электронным модулем мощности, а значит, и количеству проходящего через датчик воздуха. Сигналы датчика поступают в блок управления, обрабатываются и используются для определения оптимальной в данных условиях длительности электрических импульсов для открытия топливных форсунок (т.е. определяется необходимое количество топлива для данного количества воздуха). Для исключения загрязнения платиновой нити в электронном модуле предусмотрена кратковременная подача на нее повышенного напряжения для разогрева ее до 1000°C. При такой температуре нита все загрязнения, отложившиеся на ней, сгорают. Датчик имеет винт 10, с помощью которого регулируется содержание CO и СН в отработанных газах. Параметры датчиков приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Параметры датчиков массового расхода воздуха

Датчик массового расхода воздуха автомобилей ВАЗ (рис. 4.17) расположен между воздушным фильтром и шлангом впускной трубы. Датчики отечественного производства и фирмы General Motors имеют прямоугольную форму, а датчики фирмы Bosch - круглую. Ресиверы фирмы Bosch - круглые, General Motors - овальные.





Датчик состоит из корпуса 2, проточного канала 8 с размещенной на входе решеткой-стабилизатором 1 и диффузора 7. В обводном канале 10 размещены измерительные 3, 11, 16 и термический компенсационные 6, 15 элементы, а также соединительная колодка 5. Датчик устанавливается во впускном тракте между воздушным фильтром и корпусом дроссельной заслонки.

Через сетку из тонких платиновых нитей (измерительные элементы), нагретых электрическим током до 170°C, проходит весь объем поступающего в цилиндры воздуха. Чем больше поток, тем выше должна быть сила тока для поддержания температуры нитей.

Отсутствие регулировочных винтов указывает на то, что данная система управления является адаптивной. Внутренняя электронная схема сконструирована таким образом, что температура измерительной нити остается постоянной, даже если она на 120°C выше температуры поступающего воздуха.



Обобщенная электрическая Схема соединений датчика (см. рис. 4.17,б) содержит измерительные элементы 11 и 16, термические компенсационные резисторы 6 и 15, блок усиления сигналов 12, соединенный с контроллером. Выходной сигнал датчика - частотный.

Загрязнение нити может привести к неправильному определению параметров горючей смеси. Функция прокаливания нити включается, когда система отключена. В этом случае происходит нагревание нити до 1000°C, что позволяет удалить скопившиеся на ней отложения.

Контроллер использует информацию от датчика массового расхода воздуха 0280218004 для определения длительности импульса открытия форсунок.

В ЭСУД с контроллером М.1.5.4 применяется датчик массового расхода воздуха другой конструкции (рис. 4.18).