17. Измерители расхода топлива

Информация о текущем расходе топлива необходима в системе управления двигателем, как для бортовых систем контроля, так и для адаптивных (с обратной связью) систем управления двигателем.

В электронно-механических измерителях расхода турбинного типа (рис. 1) считывающим элементом является оптоэлектронная пара – светодиод инфракрасного излучения 6 и фоторезистор 5.

Чем быстрее движется бензин по бензопроводу 1 (чем больше его расход), тем быстрее вращается турбинное колесо 2, на одной оси с которым закреплен диск 3 со сквозными пазами.

Фоторезистор 5 и светодиод 6 установлены напротив друг друга и разделены диском 3 таким образом, что при вращении диска 3 поток излучения от светодиода 6 попадает на фоторезистор 5, когда сквозной паз оказывается между ними. В этом случае сопротивление фоторезистора скачком изменяется, и в электрической цепи, в которую он включен, появляется импульс напряжения.

В дальнейшем эти импульсы складываются микропроцессором в течение одной секунды, а их сумма делится на количество сквозных пазов на диске 3. Таким образом высчитывается частота вращения турбинного колеса 2, пропорциональная расходу топлива.

В одном из вариантов теплового измерителя расхода топлива измерительный преобразователь (датчик) представляет собой четыре терморезистора (сопротивления, реагирующего на температуру), соединенные в мостовую схему (измерительный мост) для повышения чувствительности и размещенные по периферии топливопровода на тонкой квадратной подложке. Поток топлива омывает терморезисторы и в большей степени охлаждает те из них, которые установлены перпендикулярно потоку (рис. 2).

В том случае, если R₁=R₃=R₂=R₄ , ток рассогласованияI_P= 0.

При охлаждении потоком топлива сопротивление терморезисторов изменяется, и чем выше скорость потока, тем больше разность в изменении сопротивлений терморезисторов, установленных вдоль (R₁, R₃) и поперек (R₂, R₄) потока. В этом случае измерительный мост оказывается разбалансированным, и в его диагонали возникает ток разбалансировкиI_P, который тем больше, чем выше скорость потока.

Этот ток является сигналом датчика и поступает на обработку в микропроцессор МП, управляющий работой двигателя.

Контрольные вопросы

1. Для чего в системе управления двигателем нужно постоянно измерять расход топлива?

2. На чем основана работа электронно-механического измерителя расхода топлива?

3. Поясните устройство и работу резистивного измерителя расхода топлива.

18. Датчики давления

Датчики давления в системах впрыска топлива используются для измерения давления топлива и давления воздуха в окружающей среде или в воздушных магистралях.

В основном это датчики мембранного типа или тензодатчики. В первом случае используется существенное (до десятков миллиметров) перемещение различным образом нагруженного перепадом давления мембранного элемента в электрический сигнал. Во втором случае перемещение чувствительного элемента, который также может быть выполнен в виде мембраны, незначительно (сотые доли миллиметра и менее), преобразуется в электрический сигнал с помощью так называемых тензорезисторов.

Мембранный датчик потенциометрического типа (рис. 1) состоит из потенциометра 1, подвижный ползун 4 которого приводится в движение мембраной 7, находящейся под перепадом давления между, например, давлением атмосферы Р₀и измеряемым давлениемР_И.

При одинаковых давлениях Р₀иР_Ипод действием пружин 3 и 9 ползунок 4 переходит в крайнее левое положение, устанавливая некоторое начальное сопротивление потенциометра. При уменьшении измеряемого, например, во впускном трубопроводе, давленияР_И,давление в полости 8 снижается. На мембране 7 появляется перепад давления, под действием которого мембрана 7, преодолевая суммарное усилие пружин 3 и 9, перемещается вправо на величину, пропорциональную разности давленийР₀и Р_И. Соответственно, пропорционально этой разности изменяется и сопротивление потенциометра, которое фиксируется микропроцессором блока управления системой впрыска.

На рис. 2 показана схема датчика, в котором перепад давления преобразуется в изменение длины мембранной камеры (сильфона).

При изменении перепада между атмосферным Р₀и измеряемым давлениемР_Идлина мембранной камерыLтакже изменяется, что приводит к изменению положения стального сердечника 3 во вторичной обмотке 6 и, соответственно, к изменению индуктивности катушки 6. Катушка 6 включена в схему измерительного моста, и изменение ее индуктивности приводит к его разбалансировке. Появляющийся при этом электрический сигнал подается в электронный блок управления.

Камера 7 и поршень 8, выполненный заодно со стальным сердечником 3, образуют пневматический амортизатор, гасящий колебания измерительной системы, которые могут возникнуть при резких скачках измеряемого давления Р_И.

Недостатком датчиков мембранного типа является наличие подвижных частей, совершающих значительные перемещения, и явление трения, приводящее к неизбежному износу и, в конце концов, – к отказу датчика.

Этого недостатка лишены датчики тензометрического типа, в которых для генерации сигнала служат тензорезисторы, изменяющие свое сопротивление при чрезвычайно малых (сотые доли миллиметра и менее) деформациях активного элемента, на которых они закреплены (рис. 3).

При появлении перепада давления между полостями 2 и 4 упругий элемент 5, на который наклеен тензорезистор 3, изгибается в пределах упругих деформаций (это сотые и даже тысячные доли миллиметра). При этом тензорезистор 3 удлиняется, его сопротивление меняется. Тензорезистор 3 вместе с компенсационным резистором 6 включены в мостовую измерительную схему (сопротивление резисторов 3 и 6 в исходном состоянии равны). При изменении сопротивления резистора 3 происходит разбалансировка моста, и сигнал разбалансировки, пропорциональный перепаду давления на элементе 5, подается в блок управления системой впрыска.

В последнее время в качестве материала для тензорезисторов широко используются высокочувствительные полупроводники.

Контрольные вопросы

1. Для чего в системах управления двигателем используются датчики давления?

2. Какие типы датчиков нашли наиболее широкое применение при измерении давления в системах управления работой двигателя автомобиля?

3. На чем основана работа мембранного датчика давления потенциометрического типа?

4. Как работает индуктивный датчик сильфонного типа, и зачем в нем установлена камера пневматического амортизатора?

5. Объясните работу тензометрического датчика давления.