Термоанемометрический расходомер воздуха
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Термоанемометрический расходомер воздуха

Расходомер воздуха

Экологические требования к современным двигателям внутреннего сгорания предполагают поддержание определенного (стехиометрического) соотношения воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси на всех режимах работы. Только в этом случае каталитический нейтрализатор полностью удаляет вредные вещества в отработавших газах.

Для поддержания стехиометрического соотношения компонентов топливно-воздушной смеси требуется точная информация о количестве (расходе) всасываемого воздуха, которую предоставляет расходомер воздуха. Мерой расхода может выступать как объем, так и масса всасываемого воздуха. В зависимости от этого различают два способа определения расхода воздуха: механический и тепловой.

Механический способ основан на измерении объема воздуха пропорционального перемещению заслонки. Тепловой способ предполагает измерение массы воздуха в соответствии с изменением температуры чувствительного элемента.

Расходомер воздуха устанавливается во впускной системе между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой двигателя. Ведущим производителем расходомеров воздуха является фирма Bosch.

Механический расходомер воздуха

Механический расходомер воздуха использовался в системах распределенного впрыска Jetronic, а также объединенных системах впрыска и зажигания. В системе K-Jetronic расходомер воздуха обеспечивает количественное регулирование топливно-воздушной смеси и представляет собой напорный диск, механически соединенный с плунжером дозатора-распределителя.

В системе KE-Jetronic в механическую схему расходомера воздуха включен элемент электронного управления – потенциометр. Более совершенный механический расходомер устанавливался в системе L-Jetronic.

Конструктивно механический расходомер включает корпус с демпфирующей камерой, измерительную заслонку, возвратную пружину, демпфирующую заслонку, потенциометр и обводный канал с винтом качества.

Принцип работы расходомера воздуха построен на перемещении измерительной заслонки пропорционально величине потока воздуха. Измерительная заслонка, демпфирующая заслонка и потенциометр размещены на одной оси, обеспечивающей прямую связь между перемещением заслонки и изменением сопротивления потенциометра.

Конструктивно потенциометр выполнен в виде керамической подложки, на которую нанесены резисторные дорожки. К дорожкам прижат ползунок потенциометра. На потенциометр подается напряжение, изменяющееся в соответствии с сопротивлением. Изменение напряжения учитывается электронным блоком управления как объемная характеристика всасываемого воздуха. Для корректировки показаний расходомера в систему управления включен датчик температуры входящего воздуха.

В настоящее время механические расходомеры на двигатели внутреннего сгорания не устанавливаются.

Термоанемометрический расходомер воздуха

Более совершенными являются расходомеры воздуха, построенные на тепловом способе определения массового расхода воздуха, т. н. термоанемометрические расходомеры воздуха (от «анемо» – ветер). Они не имеют подвижных механических частей, характеризуются высоким быстродействием, точностью и в силу особенности конструкции не зависят от температуры воздуха.

Термоанемометрический расходомер воздуха (другое наименование – датчик массового расхода воздуха, ДМРВ) используется в современных системах впрыска бензиновых и дизельных двигателей, в т.ч. в системе непосредственного впрыска топлива. Конструктивно расходомер воздуха включен в систему управления двигателем. В ряде систем управления двигателем расходомер воздуха не используется, а его функции выполняет датчик давления воздуха во впускном трубопроводе.

В зависимости от конструкции чувствительного элемента различают следующие виды термоанемометрических расходомеров:

  • проволочный (Hot Wire MAF Sensor);
  • пленочный (Hot Film Air Flow Sensor, HFM).

Основой проволочного термоанемометрического расходомера воздуха является чувствительный элемент – платиновая нагреваемая нить. Работа расходомера построена на поддержании постоянной температуры платиновой нити за счет нагрева электрическим током.

При движении потока воздуха через датчик чувствительный элемент охлаждается. Терморезистор увеличивает ток нагрева нити. Преобразователь напряжения преобразует изменение тока нагрева чувствительного элемента в выходное напряжение. Между выходным напряжением и массовым расходом воздуха существует нелинейная зависимость, которая учитывается блоком управления двигателем.

Для предотвращения загрязнения чувствительного элемента в работе проволочного расходомера предусмотрен режим самоочистки, при котором на неработающем двигателе платиновая нить кратковременно нагревается до температуры 1000°С.

Необходимо отметить, что в ходе эксплуатации расходомера толщина платиновой нити уменьшается, что приводит к снижению точности измерений.

Данного недостатка лишен пленочный расходомер воздуха, который пришел на смену проволочного датчика. Принцип действия пленочного расходомера аналогичен проволочному ДМРВ. Основное отличие заключается в конструкции чувствительного элемента.

Чувствительный элемент пленочного расходомера воздуха представляет собой кристалл кремния, на который нанесено несколько тонких платиновых слоев – резисторов: нагревательного резистора, двух терморезисторов, резистора датчика температуры воздуха.

Чувствительный элемент расположен в специальном воздушном канале, воздух в который поступает за счет разряжения. Высокая скорость потока предотвращает попадание в канал крупных частиц грязи и загрязнение чувствительного элемента. Конструкция воздушного канала позволяет определять массу как прямого, так и обратного (отраженного от закрытых клапанов) потока воздуха, что увеличивает точность измерения.

Нагревательный резистор поддерживает определенную температуру чувствительного элемента. По разнице температур на терморезисторах определяется масса всасываемого воздуха и направление воздушного потока. Выходным аналоговым сигналом расходомера является напряжение постоянного тока.

Вместо аналогового сигнала отдельные конструкции датчиков массового расхода воздуха генерируют цифровой сигнал, являющийся в системах управления более предпочтительным (не зависит от срока эксплуатации устройства и характеристик электрической цепи).

Сигналы пленочного расходомера используется блоком управления двигателем для определения следующих параметров:

Термоанемометрический расходомер воздуха

Термоанемометрический расходомер воздуха (HFM)

E38, E39, E46 / с M47, M57

Описание ситуации: 1. В фирмах-дилерах BMW необоснованно часто производится замена термоанемометрических расходомеров воздуха на автомобилях с двигателями M47 или M57.

Возможности диагностики для исследования причин рекламации клиента, касающейся параметров реагирования двигателя и мощности, затрачиваемой при движении, используются обычно только тогда, когда замена HFM не приводит к устранению рекламации.

2. С ноября 2001 г. отделом сбыта запчастей предлагается только вариант расходомера воздуха, который устанавливается на автомобилях с двигателем M57 с января 2001 г., а на автомобилях с двигателем M47 – с сентября 2001 г.

Это вносит изменения в порядок установки на более ранних моделях.

Касается автомобилей: E38, E39, E46 с двигателем M47 или M57
Действия: В случае рекламации необходимо, прежде всего, считать коды неисправностей, записанные в ЗУ системы DDE.

Отсылаемый по гарантийному/постгарантийному обслуживанию HFM может быть обработан только при наличии диагностического протокола
В странах, где не действует правило обязательной отсылки деталей, нужно приложить диагностический протокол к акту на автомобиль.

Если коды неисправностей или характер рекламации указывают на нарушение функционирования HFM, действовать следующим образом:

А. Двигатель M47 с DDE 3.0

С помощью DIS-тестера выполнить тест-блок “Расходомер воздуха”.

Тест-блок можно найти в меню выбора функций DIS-тестера по пути
=> Автомобиль в целом
=> Двигатель и трансмиссия
=> Система управления двигателем DDE 3.0
=> Система подачи воздуха
=> Расходомер воздуха

Расходомер воздуха разрешается заменять только в том случае, если в тест-блоке “Расходомер воздуха” не будут получены заданные значения, и в нем будет указано на необходимость замены HFM.

B. M57-Двигатель с DDE 4.0

С помощью DIS-тестера выполнить тест-блок “Проверка системы подачи воздушной массы”.

Тест-блок можно найти в меню выбора функций DIS-тестера по пути
=> Автомобиль в целом
=> Двигатель и трансмиссия
=> Система управления двигателем DDE 4.0
=> Проверка системы подачи воздушной массы

Проверка системы подачи воздушной массы однозначно локализует причину неисправности в пределах одной неисправной группы и автоматически включает тест-блок для данной группы в план проверки для его последующего выполнения.

Термоанемометрический расходомер подлежит замене только в случае, если на необходимость этого указано в тест-блоке “Проверка системы подачи воздушной массы”

Распространяется на оба двигателя:

Ни в коем случае не заменять только сенсорный элемент без корпуса. Положение сенсорного элемента задается корпусом и не регулируется на СТО!

При программировании на E38 и E39 следует помнить, что при определенных условиях возможна отмена программирования.

1. Отмена программирования на автомобилях с DSC III (E38 и E39 с датой выпуска с сентября 1998 г. по декабрь 1999 г.)

2. Отмена программирования на автомобилях без DSC III

Причиной отмены программирования может быть выключение зажигания, обрыв связи между DIS/MoDiC III или падение напряжения в бортовой сети ниже 9 В во время программирования.

Концепция блоков управления с флэш-ПЗУ предусматривает возможность повторного программирования в случае его отмены.

К п. 1. Блок управления системы DSC III мешает обмену сообщениями между программируемым блоком управления и DIS/MoDiC III в процессе программирования.

К п. 2. Программируемый блок управления уклоняется от связи с DIS/MoDiC III по причине помех на диагностическом проводе.

В качестве меры против отмены программирования рекомендуется перед началом программирования обязательно подключать зарядное устройство. Ни в коем случае не подсоединять и не отсоединять зарядное устройство во время программирования!

Не допускать падения напряжения в бортовой сети во время программирования ниже 9 В.

К п. 1. Надлежащее выполнение программирования возможно, если обесточить блок управления DSC III на время программирования. Для этого вынуть следующий предохранитель:

E38: предохранитель 17 (моторный отсек)
E39: предохранитель 31 (перчаточный ящик)

К п. 2. Если происходит отмена программирования, а ситуация, описанная под пунктом 1, не имеет место, то в этом случае рекомендуется отсоединить блок управления на 1 минуту.
После чего подсоединить блок управления, включить зажигание и снова выполнить программирование.

Последний вариант расходомера воздуха, номер детали 13 62 7 787 076, можно отличить по защитной решетке для отвода частиц грязи и воды (рис. 1).

Рис. 1:
Последний вариант расходомера воздуха.

Этот вариант можно устанавливать на все модели E38, E39 и E46 с двигателем M57, а также на все E39 и E46 с двигателем M47, при условии сочетания установки с программированием DDE на последний уровень данных.

Номер детали запрограммированного блока управления следует ввести посредством ручного ввода .

Если программирование не будет выполнено, то сигналы воздушной массы будут неверно интерпретироваться в блоке управления DDE, что скажется на мощности двигателя и работе системы выпуска ОГ.

При первоначальном программировании блока управления DDE следует действовать, как при замене блока управления, причем имеющийся блок управления не заменяется:

1. Выполнить идентификацию блока управления DDE по пути
=>Диагностика
=>Функции блоков управления
и распечатать.

Идентификация блока управления служит исключительно для считывания номеров деталей базового блока управления и запрограммированного блока управления .

2. После этого можно заново запрограммировать блок управления по пути
=>Программирование
=>Программирование DDE
=>Замена блока управления
.

3. На экране DIS-тестера появляется следующая команда:
=>”Сначала определить базовый блок управления”.

4. На вопрос
=>>”Неисправный блок управления еще установлен на автомобиле?”
ответить ” Нет “.

5. Ввести номер детали базового блока управления из идентификации блока управления .

6. Ввести идентификационный номер.

7. Ввести новый номер детали запрограммированного блока управления .

Этот номер детали можно найти в различных Приложениях в зависимости от серии, варианта двигателя и коробки передач (Приложения 1 – 9):

Считанный из идентификации блока управления старый номер детали запрограммированного блока управления см. в соответствующих таблицах (колонка “Старый номер детали” ) и новый номер детали запрограммированного блока управления (колонка “Новый номер детали” ).

8. Выполнить автоматическое программирование и в завершение согласование DDE/EWS.

9. Еще раз выполнить “идентификацию блока управления DDE” и проверить, записался ли новый номер детали запрограммированного блока управления.

Термоанемометрические расходомеры

Термоанемометрические расходомеры – надежные датчики из высококачественных материалов и без подвижных частей в конструкции.

Принцип действия термоанемометрических расходомеров позволяет контролировать потоки воздуха или газа, обладающие высокими скоростями. При этом метрологические показатели датчика на высоком уровне.

Модельный ряд термоанемометрических расходомеров

Серия Мониторинг скорости потока Среда применения Подключение к процессу Уровень защиты
SD5000
0,06…15
(нормо-м³)/ч
Сжатый воздух G ¼ (DN8) IP65
SD5100
N2: 0,04…15,00
Ar: 0,08…24,04
CO2: 0,04…14,36
(нормо-м³)/ч
Низкотемпературные газы G ¼ (DN8) IP65
SD6000
0,2…75
(нормо-м³)/ч
Сжатый воздух R½ (DN15) IP65
SD6050
0,2…75
(нормо-м³)/ч
Сжатый воздух R½ (DN15) IP65
SDG070
6,7…2 000
(нормо-м³)/ч
Сжатый воздух DN65 IP65

Принцип работы термоанемометрического расходомера

Принцип действия термоанемометрического расходомера основывается на эффекте термической диффузии и зависимости массового расхода от изменения температуры чувствительных элементов при прохождении потока. Поясним подробней.

Прибор состоит из четырех основных частей:

1. Преобразователь
2. Защитная штанга
3. Нагревательный элемент
4. Термодатчик, измеряющий tº окружающей среды

В рабочем состоянии нагревательный элемент (3) нагревается до определённой температуры Т1. При этом датчик измеряет температуру среды Т2. При увеличении потока, процессы термической диффузии протекают быстрее, за счет чего Т2 уменьшается, что приводит к изменению значения разности температур ∆Т. Массовый расход вычисляется преобразователем на основе значения разности температур и диаметра трубопровода.

Технические характеристики термоанемометрических расходомеров

Представленный модельный ряд обладает следующими техническими характеристиками:

  • Диапазон скорости: 0,04–2000 нормо-м 3 /ч (в зависимости от модели);
  • Температура измеряемой среды: 0…+60°C;
  • Рабочее давление: до 16 бар;
  • Напряжение питания: 18…30В DC;
  • Выходы: аналоговые (4-20 мA) и дискретные (PNP);
  • Интерфейс: IO-Link-Device;
  • Степень защиты IP65;
  • Наличие дисплея для индикации по месту установки.

Достоинства и преимущества термоанемометрических расходомеров

К преимуществам термоанемометрических расходомеров относятся:

  • высокое быстродействие;
  • наличие нескольких выходов;
  • высокая степень защиты от внешних факторов;
  • отсутствие движущихся элементов;
  • отсутствие необходимости постоянного обслуживания.

Недостатки

К ограничениям приборов данного типа относятся:

  • требования к расположению стержня в трубопроводе;
  • изменяет физические свойства потока (немного температуру, создаёт завихрения);
  • не определяет направление потока.

Впрочем, данные особенности абсолютно не влияют на процесс измерения при правильном применении датчика и эксплуатации его в соответствии с инструкцией.

Отличие термонемометрических расходомеров от калориметрических

Эти датчики очень схожи по принципу действия, но имеют определенные особенности. Одно из отличий заключается в конструкции датчика, так калориметрические расходомеры (см. рисунок) состоят из двух датчиков температуры и одного нагревательного элемента. В таком случае расход определяется по разности показаний термодатчиков, при этом в зависимости от направления потока один из двух термодатчиков будет сильнее нагреваться, что позволит судить о направлении потока. При высоких скоростях потока тепловое пятно сильно сдвигается, и показания датчиков не позволяют судить о расходе. Датчики и нагревательный элемент в калориметрических датчиках располагаются таким образом, чтобы не создавалось сопротивление потоку.

В свою очередь, термоанемометрический расходомер состоит из термодатчика и нагревательного элемента, которые включаются в мостовую схему, разбалансировка которого говорит о наличии потока. Такой способ измерения не позволит определить направления потока, но сможет обеспечить мониторинг расхода газов с высокими скоростями потока.

Области применения термоанемометрических расходомеров

Термоанемометрические расходомеры отлично подойдут для измерения расхода сжатого воздуха, чей поток обладает высокой скоростью, а также некоторых низкотемпературных газов, таких как: аргон, карбон диоксид или нитроген. Необходимость точного мониторинга расходов данных веществ актуальна на предприятиях:

  • нефтехимии;
  • пищевой промышленности;
  • обрабатывающей промышленности;
  • металлургической промышленности и т.п.

Как приобрести термоанемометрический расходомер или узнать его цену?

Для того чтобы сэкономить временные и финансовые ресурсы, обратитесь для консультации по подбору датчика к нашим инженерам. Они решают аналогичные задачи и помогут приобрести прибор, оптимально подходящий для решения вашей задачи.

Купить расходомер вы можете, позвонив по бесплатному номеру, или заполнить анкету, нажав на кнопку консультации инженера.

Термоанемометрический расходомер воздуха

Библиографическая ссылка на статью:
// Современная техника и технологии. 2012. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2012/08/1275 (дата обращения: 07.02.2019).

УДК 681.3.06

Вадим Фридрихович Яковлев, доцент

Антон Сергеевич Буцко, студент 3-ЭТ-5

Самарский государственный технический университет

Термоанемометрические датчики

Наиболее распространены так называемые термоанемометрические датчики. Они представляют собой помещенный во впускной трубопровод нагреваемый электрическим током проводник, сопротивление которого сильно зависит от температуры. Чем выше скорость движения окружающей проводник среды, тем больше теплоотдача и ниже температура, а, следовательно, и сопротивление проводника. Таким образом, изменяется сила тока, проходящего в цепи проводника. Для работы датчика необходима температурная компенсация, которая достигается путем помещения аналогичного проводника в неподвижную среду. Измерение расхода осуществляется путем сравнения сопротивлений этих двух проводников. Датчик, состоящий из одного такого проводника, может служить для измерения температуры.

На рисунке 1 показана типичная электрическая схема термоанемометрического датчика расхода воздуха. Два термочувствительных резистора (проволочки) помещены в поток воздуха, поступающего во впускной коллектор. RH нагревается током I2 до температуры, превышающей температуру забортного воздуха на 100…200 градусов. RК не нагрет и служит для определения температуры поступающего воздуха. Эти два резистора вместе с R1, R2 и R3 образуют измерительный мост. Сопротивление RК + R1+ R2 гораздо больше, чем RH + R3 и I3 гораздо меньше I2.

Рис.1.Электрическая схема термоанемометрического датчика

При постоянном расходе воздуха мост уравновешен и входные напряжения операционного усилителя V1 и V2 равны. Если приоткрыть дроссельную заслонку, поток воздуха возрастет, резистор RH будет сильнее охлаждаться, его электрическое сопротивление уменьшится, V1 увеличится, мост утратит состояние равновесия, выходной ток операционного усилителя I1 увеличится. Рост тока I2 увеличит нагрев, мост вернется в состояние равновесия, но уже при других значениях I1. Таким образом изменение расхода воздуха оказывается связанным с значением напряжения.

Масса воздуха, прошедшего в единицу времени через датчик определяется формулой

Где n принимает значения 5…8, k – константа, определяемая конструкцией датчика, ток I2 находится в диапазоне 0.5…1.5 А в зависимости от положения дроссельной заслонки.

Выходное напряжение датчика V1 не линейно связано с массой воздуха Q, что учитывается программным обеспечением ЭБУ двигателя. Обычно V1 имеет значение 2 В на холостом ходе, увеличиваясь до 7 В при полном открытии дроссельной заслонки.

Рис.2.Термоанемометрический датчик в сечении и внешний вид.

1 – основной проход для воздуха, 2 – байпасс, 3 – нагретый резистор, 4 – холодный резистор, 5 – диффузор, 6 – микромодуль

Термоанемометрические датчики воздуха имеют преимущества по сравнению с датчиками с измерительной заслонкой:

  • Выходной сигнал датчика пропорционален массе воздуха, нет необходимости вводить коррекцию по температуре забортного воздуха и по высоте местности
  • В поток воздуха почти не вносятся возмущения
  • Нет подвижных частей
  • Высокое быстродействие на уровне миллисекунд

Термоанемометрические датчики могут оказываться излишне чувствительными, тогда применяется то или иное электронное сглаживание сигнала.

На рисунке 2 показана конструкция типичного термоанемометрического датчика. Он состоит из литого алюминиевого корпуса и гибридного интегрального модуля. Воздух проходит через основной канал 1 и через байпасс 2, в котором размещены нагреваемый 3 и холодный 4 резисторы. Основной канал имеет диффузор 5, сбоку закреплен микромодуль 6. Такая конструкция минимизирует смещение выходного сигнала за счет налипания пыли на проволочки и уменьшает риск повреждения датчика обратным выбросом раскаленных газов из цилиндра.

Проволочки имеют диаметр около 70 микрон и выполняются из платины. Для механической прочности их наматывают на стеклянные изоляторы.

В некоторых моделях термоанемометрических датчиков при выключении ключа зажигания предусмотрен кратковременный нагрев проволочек до температуры 1000 градусов. Это делается для сжигания частиц пыли и грязи, которые прилипают к резисторам и могут привести к погрешностям.

В современных моделях автомобилей вместо проволочных резисторов используются металлокерамические на основе кремния. Это более надежная и простая конструкция.

Интегральная схема 6 содержит компоненты, показанные на рисунке 2, фильтр и стабилизатор напряжения.

Датчик Кармана

Если узкий стержень разместить поперек воздушного потока, за ним начнут образовываться завихрения (вихри). Принцип работы датчика Кармана основан на измерении частоты появления вихрей, которые образуются за поперечным стержнем в потоке воздуха. Скорость потока воздуха V определяется уравнением:

Где d – константа, зависящая от геометрии стержня, St – число Струхаля, критерий подобия неустановившихся движений текучих сред (для конструкций автомобильных датчиков расхода воздуха St ≈ 0.23), f – частота генерации вихрей. По частоте из этого уравнения определяют V, затем по известному поперечному сечению входного канала датчика объем воздуха.

Частоту образования вихрей определяют ультразвуковым методом или по вариациям давления.

В ультразвуковых датчиках (Рис.3) используется измерение доплеровского сдвига частоты ультразвуковой волны (обычно 50 кГц) при ее рассеянии движущейся средой (потоком воздуха). Частоту генерации вихрей определяют по этому сдвигу.

Датчики, аналогичные представленному на рисунке 4, использовались на двигателях с центральным впрыском автомобилей Chrysler.

Рис.3. Датчик Кармана автомобилей Chrysler

Датчики на основе подсчета числа вихрей по вариациям давления гораздо дешевле, в них полупроводниковый, чувствительный к изменениям давления элемент, расположен непосредственно за вихреобразующим стержнем. Вихрь, появляющийся за стержнем, вызывает изменение давления, которое преобразуется в электрический импульс, поступающий в ЭБУ двигателя. Конструкция датчика Кармана показана на рисунке 4. Он состоит из формирователя ламинарного потока на входе, треугольного поперечного стержня – генератора вихрей и датчика давления. В корпусе также размещены датчики температуры и барометрического давления для определения массы поступающего воздуха по его объему. На холостом ходу датчик выдает сигнал с частотой около 100 Гц, при полной загрузке двигателя – около 2000 Гц.

Рис.4.Датчик Кармана c измерением вариаций давления

Литература

1. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф.Новейшие автомобильные электронные системы. М.: Солон-Пресс, 2005. 256 с.

2. Ютт В.Е., Электрооборудование автомобилей, 2-е издание. М.: Транспорт, 2003. 365 с.

3. Ribbens W. B. Understanding automotive electronics.Burlington,USA: Newnes publications, 2009. 481 с.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:

&copy 2019. Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии».

Расходомеры воздуха. Устройство и принцип действия

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 расположен между воздухоочистителем и корпусом дроссельной заслонки.

Рис. 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. Расходомер воздуха с проволочным нагревательным элементом (нитью):
1 – температурный датчик; 2 – кольцо датчика с проволочным нагревательным элементом; 3 – прецизионный реостат; Qм – 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, 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. 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. 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. 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 ( Пленочный расходомер воздуха

Этот датчик состоит из толстопленочной диафрагмы, расположенной на керамической основе. 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. 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, 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. 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.

Термоанемометрический расходомер воздуха

Термоанемометрический расходомер воздуха (HFM)

E38, E39, E46 / с M47, M57

Описание ситуации: 1. В фирмах-дилерах BMW необоснованно часто производится замена термоанемометрических расходомеров воздуха на автомобилях с двигателями M47 или M57.

Возможности диагностики для исследования причин рекламации клиента, касающейся параметров реагирования двигателя и мощности, затрачиваемой при движении, используются обычно только тогда, когда замена HFM не приводит к устранению рекламации.

2. С ноября 2001 г. отделом сбыта запчастей предлагается только вариант расходомера воздуха, который устанавливается на автомобилях с двигателем M57 с января 2001 г., а на автомобилях с двигателем M47 – с сентября 2001 г.

Это вносит изменения в порядок установки на более ранних моделях.

Касается автомобилей: E38, E39, E46 с двигателем M47 или M57
Действия: В случае рекламации необходимо, прежде всего, считать коды неисправностей, записанные в ЗУ системы DDE.

Отсылаемый по гарантийному/постгарантийному обслуживанию HFM может быть обработан только при наличии диагностического протокола
В странах, где не действует правило обязательной отсылки деталей, нужно приложить диагностический протокол к акту на автомобиль.

Если коды неисправностей или характер рекламации указывают на нарушение функционирования HFM, действовать следующим образом:

А. Двигатель M47 с DDE 3.0

С помощью DIS-тестера выполнить тест-блок “Расходомер воздуха”.

Тест-блок можно найти в меню выбора функций DIS-тестера по пути
=> Автомобиль в целом
=> Двигатель и трансмиссия
=> Система управления двигателем DDE 3.0
=> Система подачи воздуха
=> Расходомер воздуха

Расходомер воздуха разрешается заменять только в том случае, если в тест-блоке “Расходомер воздуха” не будут получены заданные значения, и в нем будет указано на необходимость замены HFM.

B. M57-Двигатель с DDE 4.0

С помощью DIS-тестера выполнить тест-блок “Проверка системы подачи воздушной массы”.

Тест-блок можно найти в меню выбора функций DIS-тестера по пути
=> Автомобиль в целом
=> Двигатель и трансмиссия
=> Система управления двигателем DDE 4.0
=> Проверка системы подачи воздушной массы

Проверка системы подачи воздушной массы однозначно локализует причину неисправности в пределах одной неисправной группы и автоматически включает тест-блок для данной группы в план проверки для его последующего выполнения.

Термоанемометрический расходомер подлежит замене только в случае, если на необходимость этого указано в тест-блоке “Проверка системы подачи воздушной массы”

Распространяется на оба двигателя:

Ни в коем случае не заменять только сенсорный элемент без корпуса. Положение сенсорного элемента задается корпусом и не регулируется на СТО!

При программировании на E38 и E39 следует помнить, что при определенных условиях возможна отмена программирования.

1. Отмена программирования на автомобилях с DSC III (E38 и E39 с датой выпуска с сентября 1998 г. по декабрь 1999 г.)

2. Отмена программирования на автомобилях без DSC III

Причиной отмены программирования может быть выключение зажигания, обрыв связи между DIS/MoDiC III или падение напряжения в бортовой сети ниже 9 В во время программирования.

Концепция блоков управления с флэш-ПЗУ предусматривает возможность повторного программирования в случае его отмены.

К п. 1. Блок управления системы DSC III мешает обмену сообщениями между программируемым блоком управления и DIS/MoDiC III в процессе программирования.

К п. 2. Программируемый блок управления уклоняется от связи с DIS/MoDiC III по причине помех на диагностическом проводе.

В качестве меры против отмены программирования рекомендуется перед началом программирования обязательно подключать зарядное устройство. Ни в коем случае не подсоединять и не отсоединять зарядное устройство во время программирования!

Не допускать падения напряжения в бортовой сети во время программирования ниже 9 В.

К п. 1. Надлежащее выполнение программирования возможно, если обесточить блок управления DSC III на время программирования. Для этого вынуть следующий предохранитель:

E38: предохранитель 17 (моторный отсек)
E39: предохранитель 31 (перчаточный ящик)

К п. 2. Если происходит отмена программирования, а ситуация, описанная под пунктом 1, не имеет место, то в этом случае рекомендуется отсоединить блок управления на 1 минуту.
После чего подсоединить блок управления, включить зажигание и снова выполнить программирование.

Последний вариант расходомера воздуха, номер детали 13 62 7 787 076, можно отличить по защитной решетке для отвода частиц грязи и воды (рис. 1).

Рис. 1:
Последний вариант расходомера воздуха.

Этот вариант можно устанавливать на все модели E38, E39 и E46 с двигателем M57, а также на все E39 и E46 с двигателем M47, при условии сочетания установки с программированием DDE на последний уровень данных.

Номер детали запрограммированного блока управления следует ввести посредством ручного ввода .

Если программирование не будет выполнено, то сигналы воздушной массы будут неверно интерпретироваться в блоке управления DDE, что скажется на мощности двигателя и работе системы выпуска ОГ.

При первоначальном программировании блока управления DDE следует действовать, как при замене блока управления, причем имеющийся блок управления не заменяется:

1. Выполнить идентификацию блока управления DDE по пути
=>Диагностика
=>Функции блоков управления
и распечатать.

Идентификация блока управления служит исключительно для считывания номеров деталей базового блока управления и запрограммированного блока управления .

2. После этого можно заново запрограммировать блок управления по пути
=>Программирование
=>Программирование DDE
=>Замена блока управления
.

3. На экране DIS-тестера появляется следующая команда:
=>”Сначала определить базовый блок управления”.

4. На вопрос
=>>”Неисправный блок управления еще установлен на автомобиле?”
ответить ” Нет “.

5. Ввести номер детали базового блока управления из идентификации блока управления .

6. Ввести идентификационный номер.

7. Ввести новый номер детали запрограммированного блока управления .

Этот номер детали можно найти в различных Приложениях в зависимости от серии, варианта двигателя и коробки передач (Приложения 1 – 9):

Считанный из идентификации блока управления старый номер детали запрограммированного блока управления см. в соответствующих таблицах (колонка “Старый номер детали” ) и новый номер детали запрограммированного блока управления (колонка “Новый номер детали” ).

8. Выполнить автоматическое программирование и в завершение согласование DDE/EWS.

9. Еще раз выполнить “идентификацию блока управления DDE” и проверить, записался ли новый номер детали запрограммированного блока управления.

Читать еще:  Как пользоваться робот
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector