Левый уголок Показать сообщение отдельно Правый уголок
18.02.2010, 15:14   #1
Владимир Маркин
Аватар для Владимир Маркин
В связи с тем, что законодательство в области
экологии и связанные с ним нормы токсичности
отработанных газов транспортных средств
постоянно совершенствуются, то потребность
автомобилестроителей во всё более точных
измерительных устройствах не снижается.
Реакцией на этот процесс стало использование
в системах управления двигателя термоанемо&
метрических плёночных расходомеров воздуха
нового поколения.
В настоящее время для выполнения требований
законов и соблюдения норм токсичности просто
каталитического дожигания ОГ после сгорания
топлива уже недостаточно, объём их эмиссии
должен поддерживаться на минимально возможном
уровне благодаря повышению эффективности
горения смеси.
Подобный подход приводит к тому, что современные
двигатели развивают всё большую мощность при
равном или даже меньшем расходе топлива.
Свой вклад в то, чтобы суметь уложиться в жёсткие
рамки экологических требований, наряду с другими
мерами вносит и точное определение количества
всасываемого воздуха с помощью датчика
массового расхода воздуха.

Температура и давление воздуха
Услышав слово „воздух“, многие сразу думают о той
среде, которая нас окружает. То есть о воздухе
с нормальным атмосферным давлением
и благоприятной температурой.
Но, как известно, температура и давление воздуха
постоянно изменяются.
В разных местах температура и давление воздуха
могут иметь сильно различающиеся значения.
(С увеличением высоты температура и давление
воздуха постоянно снижаются).

Влияние высоты на температуру и давление воздуха
Пример:
Высота: 1000 метров
Давление воздуха: 898 кПа (0,898 бар)
Температура: 13,5 °C

Высота: 500 метров
Давление воздуха: 954 кПа (0,954 бар)
Температура: 16,75 °C

Высота: 100 метров
Давление воздуха: 1001 кПа (1,001 бар)
Температура: 19,35 °C

Высота: 0 метров
Давление воздуха: 1013 кПа (1,013 бар)
Температура: 20 °C

Влияние температуры и давления воздуха на массу
воздуха

В постоянном объёме с изменением температуры и давления масса воздуха изменяется.

Низкое давление воздуха, высокая температура
В цилиндрическом сосуде площадью 1м2 и высотой 1 м находится 1м3 воздуха.
Давление воздуха низкое, температура воздуха высокая.
За счёт низкого давления и высокой температуры плотность воздуха небольшая.
(В сосуде находится незначительная масса воздуха).
Масса воздуха в сосуде небольшая.

Высокое давление воздуха, низкая температура
В сосуде аналогичных размеров находится воздух под высоким давлением и с низкой температурой.
За счёт высокого давления и низкой температуры плотность воздуха значительно выше.
(В сосуде находится значительно большая масса воздуха).
Масса воздуха в сосуде существенно больше.

Основы сгорания топлива
Для оптимального сгорания 1 кг топлива в двигателе
внутреннего сгорания требуется 14,7 кг воздуха. Это
соотношение топлива и воздуха в технике именуется
стехиометрическим соотношением.
Для того чтобы блок управления двигателя в любом
режиме мог установить правильное соотношение
топлива и воздуха, ему необходима точная
информация о массе всасываемого воздуха.
В стехиометрическом режиме соотношение воздух/
топливо имеет значение лямбда, равное 1.
Только в стехиометрическом режиме можно почти
полностью удалить вредные вещества из
отработанных газов при помощи катализатора.

Богатая горючая смесь
Если горючая смесь богатая (лямбда < 1), то в
отработанных газах содержится слишком много окиси
углерода (CO) и несгоревших углеводородов (HC).

Бедная горючая смесь
Если горючая смесь бедная (лямбда >1), то
в отработанных газах содержится слишком много
оксидов азота (NOX).
Точное измерение количества всасываемого
воздуха помогает удерживать соотношение воздух/
топливо стехиометрическим (лямбда = 1) и сократить
тем самым эмиссию вредных веществ или даже
избежать их образования.

Нормы токсичности ОГ
Термоанемометрический плёночный расходомер
воздуха благодаря сокращённой погрешности
измерений, в сравнении с предшествующими
моделями, вносит свой вклад в соблюдение
постоянно ужесточающихся норм токсичности ОГ
в Европе и Соединённых Штатах.
Благодаря точному определению массы
всасываемого воздуха оптимизируется
смесеобразование и упрощается последующая
обработка отработанных газов катализаторами.

Термоанемометрический плёночный расходомер воздуха HFM 6 служит для определения массы всасываемого
воздуха. На основании его сигнала блок управления двигателя определяет точную массу всасываемого
воздуха.

В бензиновых двигателях сигналы используются для
расчёта всех зависящих от нагрузки функций.
Функции, зависящие от нагрузки:
& момент зажигания,
& время впрыска,
& количество впрыскиваемого топлива,
& абсорбер с активированным углем.
В дизельных двигателях сигналы применяются для
управления
& количества рециркулируемых отработанных
газов,
& времени впрыска.
Место установки
Термоанемометрический плёночный расходомер
воздуха установлен между воздушным фильтром
и дроссельной заслонкой в системе воздушного
питания двигателя.
Расходомер воздуха
Этим датчиком уже оснащены:
Двигатель V6 FSI 3,2 л
Двигатель V6 FSI 3,6 л
и др.

Место установки
Термоанемометрический плёночный расходомер
воздуха установлен между воздушным фильтром
и дроссельной заслонкой в системе воздушного
питания двигателя.

Конструкция
Термоанемометрический плёночный расходомер
воздуха HFM 6 состоит из:
● измерительной трубки,
● электронного блока с чувствительным элементом.
Измерение количества воздуха осуществляется в
части потока (байпасном канале). Благодаря
специальной конструкции расходомер воздуха
может измерять массу прямого и обратного потока
воздуха.

При попадании в чувствительный элемент частиц грязи, паров моторного масла и влаги результат измерения
искажается. По этой причине при конструировании измерительной трубки и защитной решётки особенно
внимание было уделено тому, чтобы загрязнения не попали на электронный чувствительный элемент.

Чувствительный элемент
Конструкция
Новый расходомер воздуха, как и его
предшественник, работает по термическому
принципу измерения.
Он состоит из следующих основных деталей:
- микромеханического чувствительного элемента
с функцией распознавания обратного потока и
датчиком температуры всасываемого воздуха;
- электронного блока, который осуществляет
обработку цифрового сигнала;
- цифрового интерфейса.

Благодаря наличию в расходомерах воздуха нового
поколения цифрового интерфейса, в блоке
управления двигателя осуществляется более точная
и стабильная обработка сигнала по сравнению
с используемыми ранее приборами.

Обработка цифрового сигнала
В отличие от предшествующих моделей расходомер воздуха HFM 6 посылает в блок управления двигателя
цифровой сигнал. До этого блок управления двигателя получал аналоговый сигнал, который по мере старения
и под воздействием переходных сопротивлений искажался.

Байпасный канал
В сравнении с предшествующей моделью HFM 5 байпасный канал оптимизирован к потоку.
Часть потока, необходимая для измерения массы воздуха, всасывается в байпасный канал за отбойником.

Стабильность датчика
Байпасный канал полностью изолирован от электронного блока клеевыми соединениями и уплотнениями чувствительного элемента. Кроме того, упрочнён материал чувствительного элемента.
Благодаря принятым мерам достигается повышенная прочность датчика.

Принцип действия:
За счёт конструкции отбойниика за ним образуется вакуум.
Под действием вакуума часть потока, необходимая для измерения массы воздуха, всасывается в байпасный канал. Медленно движущиеся частицы грязи не могут следовать за быстрым потоком и через отсекающее отверстие снова попадают в основной поток всасываемого воздуха.
Таким образом, частицы грязи не могут исказить результат измерения и повредить чувствительный элемент.

Процесс измерения
На электронном блоке находится чувствительный
элемент.
Чувствительный элемент выступает в часть потока,
используемую для измерения массы воздуха.
На чувствительном элементе находятся:
- нагревательный резистор,
- два терморезистора R1 и R2,
- датчик температуры всасываемого воздуха.

Принцип действия:
Нагревательный резистор нагревает центр
чувствительного элемента до температуры на 120 °С
выше температуры всасываемого воздуха.

Пример функционирования:
Температура всасываемого воздуха 30 °C
Нагревательный резистор нагревается до 120 °C
Измеренная температура 120 °C + 30 °C = 150 °C
По мере удаления от нагревательного резистора
к кромке чувствительного элемента температура
снижается.
Пример измерения:
Температура всасываемого
воздуха: 30 °C
Температура на кромке
чувствительного элемента: 30 °C
Нагревательный резистор: 150 °C
Температура резисторов R1 и R2
без потока всасываемого воздуха: 90 °C
Температура резистора R1 с
потоком всасываемого воздуха: 50 °C
Температура резистора R2 с
потоком всасываемого воздуха: остается ок. 90 °C
По разнице температур резисторов R1 и R2
электронный модуль определяет массу
всасываемого воздуха и направление воздушного
потока.

Распознавание обратного потока
При закрытых впускных клапанах всасываемый
воздух отражается от них и движется обратно
к расходомеру воздуха. Если обратный поток
воздуха не распознается, то результат измерения
искажается.

Принцип действия:
Воздух обратного потока, движущийся в
направлении чувствительного элемента,
предварительно проходит через терморезистор R2,
потом через нагревательный резистор и в
завершение через терморезистор R1.

Пример:
По разнице температур резисторов R1 и R2
электронный модуль определяет количество воздуха
обратного потока и направление воздушного
потока.
Температура всасываемого
воздуха: 30 °C
Нагревательный резистор: 150 °C
Температура резистора R2: 50 °C
Температура резистора R1: 90 °C

Передача сигнала расходомера воздуха в блок
управления двигателя


Расходомер воздуха посылает цифровой сигнал измеренной массы воздуха на блок управления двигателя в форме частотного сигнала. По длине периодов импульсов блок управления двигателя может определить измеренную массу воздуха.

Преимущество:
Цифровые сообщения менее подвержены помехам, чем аналоговые сигналы, передаваемые по проводам

Использование сигнала
Бензиновый двигатель
Информация о количестве всасываемого воздуха
необходима блоку управления двигателя для точного
расчёта зависящих от нагрузки функций.
Дизельный двигатель
Измеренные значения необходимы блоку
управления двигателя для расчёта количества
рециркулируемых ОГ и количества впрыскиваемого
топлива.
Последствия при пропадании
сигнала
Бензиновый двигатель и дизельный
двигатель

При пропадании сигнала расходомера воздуха
блок управления двигателя использует
эквивалентную модель массы воздуха, которая
записана на этот случай в блоке управления
двигателя.
Напряжение
Время
Передача сигнала расходомера воздуха в блок
управления двигателя


Датчик температуры всасываемого воздуха
для чувствительного элемента


Датчик температуры всасываемого воздуха находится на чувствительном элементе, который благодаря этому и определяет фактическую температуру всасываемого воздуха.

Использование сигнала
Датчик температуры всасываемого воздуха служит для оценки значений температуры внутри расходомера воздуха.

Указания:
В блоке управления двигателя для определения температуры всасываемого воздуха имеется собственный независимый датчик.
Для определения температуры всасываемого воздуха 3,2&литровый двигатель V6 FSI и 3,6&литровый двигатель V6 FSI оснащены датчиком температуры всасываемого воздуха G42.

Диагностика
Память неисправностей
Ошибки в работе расходомера воздуха регистрируются в памяти неисправностей блока управления двигателя.
Если в процессе работы возникает функциональное нарушение, то в память неисправностей заносится соответствующая запись.

План диагностики
В зависимости от записи в памяти неисправностей составляется план диагностики системы. В этом плане диагностики описываются отдельные этапы диагностики.

Расходомер воздуха не требует технического
обслуживания.