Передатчик Стабилизатор Ламинатор

Генератор вихрей

Байпас

Вихри J-

Приемник

Сигнал на выходе передатчика

К дроссельному патрубку

Сигнал на выходе приемника

КЭБУ*-

LHiiiiimimiii I

Усилитель

Рис. 2. J4. Ультразвуковой датчик Кармана

Датчики, аншюгичные представленному на рис. 2.14, использовались на двигателях с центральным впрыском автомобилей Chrysler.

Основной принцип действия воздушных массметров основан на применении платиновой нити, разогретой электрическим током, в качестве датчика информации о массе проходящего воздушного потока, охлаждаюш,его разогретую нить. Такой принцип измерения массы воздуха пришел в технику из метеорологии и называется термоанемометричсским.

Термоанемометрический массметр, а также все вышеописанные расходомеры, кроме датчиков Кармана, подробно описаны в 3].

2.4.3. Датчик Кармана

Датчики Кармана относятся к вихревым расходомерам воздуха. Если узкий стержень (рассекатель) разместить поперек равномерного воздушного потока, то за стержнем начнут образовываться завихрения. Принцип работы датчика Кармана основан на измерении частоты врап1сния вихревых потоков, которые образуются за поперечным стержнем в потоке всасываемого воздуха. Скорость V потока воздуха определяется уравнением:

V =f-(dlSt\

где d - константа, зависящая от геометрии стержня; St - критерий подобия неустановившихся движений текучих сред (число CтpyxaJя) яля конструкций автомобильных датчиков расхода воздуха St= 0,23);/- частота вращения вихревых потоков (генерации вихрей).

По частоте / определяют скорость К, зате.м по известному поперечному сечению входного канала датчика - объем воздуха.

Частоту генерации вихрей определяют ультразвуковым методом или по вариациям давления.

► В ультразвуковых датчиках (рис. 2.14) частоту генерации вихрей определяют по доплеровскому сдвигу частоты ультразвуковой волны (обычно 50 кГц) при ее рассеянии движущейся средой (потоком воздуха).

Емкостной датчик давления

Ламинатор

Генератор вихревой Байпассы (рассекатель)

Рис. 2.15. Датчик Кармана с измерением вариаций давления

► Датчики Кармана иа основе подсчета числа вихрей по вариациям давления гораздо дешевле. В них полупроводниковый, чувствительный к изменениям давления элемент расположен непосредственно за вихреобразующим стержнем (рассекателем). Вихрь, появляюшийся за стержнем, вызывает изменение давления, которое преобразуется в электрический сигнал, поступаюший в ЭБУ дви1ателя. Конструкция такого датчика показана на рис. 2.15. Он состоит из формирователя ламинарного потока (ламинатора) на входе, треугольного поперечного стержня (рассекателя) - генератора вихрей и емкостного датчика давления. В корпусе также размешены датчики температуры и барометрического давления (на рис. 2.15 не показаны) для определения массы поступающего воздуха по его объему. На холостом ходу датчик выдает сигнал с частотой около 100 Гц, при пол1юй загрузке двигателя - около 2000 Гц.

2.5. Датчики состава выхлопных газов

Процесс сжигания топлива описывается уравнением:

С, Н + {т + п/4)02 = тСОг + (п/2)Н20

В идеальном случае, когда состав ТВ-смеси стехиометрический (л= 1), при сжигании 1 кг (1 л) топлива и 14,7 кг (10 м) воздуха образуются вода и двуокись углерода. Эти вещества нетоксичны. Но даже при стехиометрическом составе ТВ-смеси ее сгорание осуществляется не полностью и образуются токсичные вещества. Сгорание богатой смеси {X < 1) приводит к появлению избыточного количества СО, Нз и СН, бедные смеси (X > 1) приводят к образованию N0 , Oj. На совре-.менных автомобилях вредные ко.мпонснты выхлопных 1азов нейтрализуются. Почти любая система нейтрализации содержит в своем составе датчик (или два датчика) концентрации кислорода, когорый в англоязычной литературе называется лямбда-зондом (Х-зонд).

Каталитический нейтрализатор

Рис. 2.16. Датчики кислорода на входе

(1) и выходе (2) каталитического нейтрализатора с соответствующими выходными сигналами

Рис. 2.17. Выходной сигнал входного (сверху ~ 1) и выходного (снизу - 2 и 3) датчиков кислорода

2.5.1. Циркониевые и титановые датчики концентрации кислорода в выхлопных газах

В современных автомобильных двигателях, снабженных каталитическими нейтрализаторами, важно точно контролировать состав ТВ-смеси и поддерживать коэффициент избытка воздуха близким к единице. Для этого при.меняются датчики кислорода, устанавливаемые в системе отвода выхюпных газов и вырабатывающие сигнал, зависящий от концентрации кислорода в выхюпе. Этот сигнал используется в ЭБУ двигателя для коррекции длительности открывания форсунок, чем обеспечивается пО;адержание стехиометрического состава ТВ-смеси.

В таких случаях используются циркониевые и титановые датчики кислорода, которые реагируют на изменение содержания свободного кислорода в выхлопных газах скачкообразным изменением выходного сигнала в диапазоне значений 0,99... 1,01 для коэффициента X.

Бортовые диагностические автомобильные системы второго поколения 0BD-I1 должны осуществлять постоянный мониторинг узлов, выход из строя которых приведет к увеличению выбросов токсичных веществ [4]. Прямое измерение концентрации СО, СН и NOx в выхлопных газах на серийных автомобилях экономически нецелесообразно. Вместо этого при.меняется система HempajiHsauHH с двумя датчиками кислорода. Второй датчик кислорода устанавливается на выходе нейтрализатора и контролирует его исправность (рис. 2.16).

Система управления подачей топлива в двигатель является редейт.гм стабили-заторо.м стехиометрического состава ТВ-смеси, который (состав) колеблется около стехиометрического з)1ачения с частотой 4...10 Гц. Колебания отслеживаются первым, входным по отноше)1ию к каталитическому нейтрализатору, датчико.м кислорода. Сигнал с первого датчика изменяется между значениями 0,1...0,9 В с частотой 4... 10 Гц (в соответствии с из.менениями концентрации кислорода в выхлопных газах). В исправном нейтрализаторе избыточный кислород участвует в химических реакциях, его к01щентрация в выхлопных газах уменьшается и в выходном сигнале второго датчика кислорода на выходе нейтрализатора практически нет колебаний (поз. 2 на рис. 2.17). Чем более засорен или отравлен-нейтрализатор, тем более похожи сигналы входного и выходного датчиков (поз. 1 и 3 на рис. 2.17).

Подробно о циркониевых и титановых датчиках кислорода см. в [3J и [4].