Назначение и характеристика датчиков массового расхода воздуха

В бензиновых двигателях сигнал датчика массового расхода воздуха вместе с сигналами других датчиков помогает регулировать подачу топлива в двигатель. В дизельных двигателях датчик помогает контролировать процесс рециркуляции отработавших газов и вычислять максимальное количество инжекции.

Датчики массового расхода воздуха обеспечивают аналоговый, частотный или аналоговый пропорциональный сигнал напряжения, который передается к ECU и соответствует массе воздуха, поданной в двигатель.

Для управления впрыском топлива важное значение имеет измерение расхода воздуха с высокой точностью, так как измеренная величина используется в качестве базы для управления соотношением «воздух-топливо» рабочей смеси. Расход воздуха определяется при его прохождении через впускной патрубок двигателя, где устанавливается датчик. Измеряется масса расходуемого воздуха, хотя может определяться объем и динамическое давление. Максимальная масса расходуемого воздуха зависит от эффективной мощности двигателя и находится в диапазоне .

Масса воздуха измеряется непосредственно или косвенно, по объемному расходу

где  - число оборотов коленчатого вала;

 - объем двигателя;

 - коэффициент использования объема двигателя;

 - разряжение во впускном коллекторе;

 - конструктивная составляющая;

 - температура воздуха во впускном коллекторе.

При косвенном измерении массы  воздуха следует учитывать зависимость объема  от коксования, а также запаздывание измерений  по отношению к изменению массы воздуха, но менее точным.

Современные автомобили оснащаются в основном датчиками для непосредственного измерения массы  всасываемого в цилиндры воздуха. Выходной сигнал таких датчиков аналоговый или частотный.

На двигателе датчик массового расхода воздуха расположен между воздушным фильтром и шлангом впускной трубы (рис.7.1).

Рисунок 7.1 - Расположение ДМРВ: 1-дросельный патрубок; 2-датчик массового расхода воздуха; 3-воздушный фильтр.

Помимо измерения массы поступающего в двигатель воздуха датчики расхода уже сегодня находят применение на автомобилях в следующих случаях:

- определение расхода топлива для информационной системы водителя;

- при определении расхода газа через клапан рециркуляции выхлопных газов (ЕОЯ).

- при определении расхода дополнительного воздуха в каталитическом нейтрализаторе.

Датчики расхода имеют различный принцип действия и конструкционные особенности. Ниже приводятся сведения о параметрах современных датчиков расхода воздуха.

Таблица 7.1 - Параметры современных датчиков расхода воздуха.

Назначение	Что измеряется	Диапазон измерений,	Допустимая погрешность,
Воздух, поступающий в двигатель	Масса
Расход топлива	Масса/объем
Выхлопные газы	Масса
Доп. воздух в нейтрализаторе	Объем

Расходомер воздуха с подвижной заслонкой

Количество расходуемого воздуха определяется из соотношения напряжений на клеммах потенциометра. Конструкция расходомера показана на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 Конструкция датчика расхода воздуха: 1 - возвратная тарированная пружина; 2 - контакты выключателя топливного насоса; 3 - датчик температуры поступающего в двигатель воздуха; 4 - поток воздуха; 5- потенциометр; 6 - впускной трубопровод; 7- регулировочный винт; 8 - подвижная заслонка.

Воздух, проходящий в двигатель через воздушный фильтр, изменяет угол поворота подвижной заслонки, на которую кроме скоростного напора воздуха действует тарированная пружина. При этом величина расхода воздуха преобразуется в соотношение напряжений потенциометра, который непосредственно соединен с осью заслонки.

Характеристика представляет собой гиперболу

где  - напряжения на выходной клемме потенциометра.

Рисунок 7.3 – Характеристика расходометра воздуха с подвижной заслонкой.

Датчик Кармана

Датчик Кармана относится к вихревым расходомерам воздуха. Пример такого датчика показан на рисунке 7.4, а его характеристика — на рисунке 7.5.

Рисунок 7.4 - Ультразвуковой датчик Кармана.

Если в поток потребляемого двигателем воздуха поместить генератор вихрей (завихритель), то за ним образуются несимметричные упорядоченные вихри, которые называются рядом Кармана. Число вихрей почти пропорционально расходу всасываемого воздуха. В примере, показанном на рисунке, ультразвуковые волны генерируют вихри, количество которых преобразуется в выходные электрические сигналы (импульсы) датчика.

Скорость  потока воздуха определяется уравнением:

где  - константа, зависящая от геометрии стержня;

 - критерий подобия неустановившихся движений текучих сред (число Струхаля), для конструкций автомобильных датчиков расхода воздуха ;

 - частота вращения вихревых потоков (генерации вихрей).

По частоте  определяется скорость , затем по известному поперечному сечению входного канала датчика - объем воздуха. Частота генерации вихрей определяют ультразвуковым методом или по вариации давления. В ультразвуковых датчиках частоту генерации вихрей определяют по доплеровскому сдвигу частоты ультразвуковых волн (обычно 50 кГц) при ее рассеянии движущейся средой (потоком воздуха).

Рисунок 7.5 – Характеристика датчика Кармана.