3.3. Датчик давления (разряжения) газа

Датчик давления газа устанавливают во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания между дроссельной заслонкой и впускными клапанами цилиндра двигателя, например, в автомобиле «Ситроен». В СибАДИ в учебной лаборатории 2-160 имеется стенд, моделирующий работу такого бензинового двигателя.

Сигналы датчика давления используются в системе управления подачей топлива для определения дозы бензина, впрыскиваемого в цилиндр за один такт. Расход бензина при работе ДВС должен точно соответствовать расходу воздуха для обеспечения экологических требований.

Расход воздуха определяется измерением параметров его потока во впускном коллекторе, характеризующих скорость движения потока или величину разряжения воздуха во впускном коллекторе между клапаном и дроссельной заслонкой. Для рассмотренного стенда будем использовать третий способ измерения расхода воздуха – измерение коэффициента

где Gв − часовойСибАДИрасход воздуха; μ − коэффициент расхода дроссельного устройства; d − диаметр отверстия (сужения) дроссельного устройства; р − перепад давления на дроссельном устройстве; ρв – плотность воздуха.

наполнения цилиндра.

Расхода воздуха по величине разряжения определяется с помощью дроссельных устройств − диафрагмы, сопла, трубки Вентури (рис. 27), а также насадки со свободным входом, так называемой коноидальной насадки [8]. Для измерения перепада давления применяют

дифференциальные манометры.

Связь между перепадом давлений на дроссельном устройстве и расходом воздуха определяется з уравнения неразрывности и уравнения

Расход воздуха определяется в учаеэтом посл перепаду давления до и после сужения дроссельного устройства.

Как видно из формулы, расход воздуха пропорционален корню квадратному из разности давлений до и после дросселя. В нашем случае он пропорционален квадратному корню разности между атмосферным давлением и давлением во впускном коллекторе между дроссельной заслонкой и впускным клапаном, где установлен датчик.

Кроме того, доза топлива будет нелинейно зависеть от величины открытия дроссельной заслонки. Следовательно, для определения дозы топлива следует использовать датчик положения дроссельной заслонки.

31

СибАДИа б

в

Рис. 27. Варианты схем дроссельных устройств:

а – с диафрагмой и распределением давления при протекании потока газа через диафрагму; б – с соплом; в – трубка Вентури

32

Для автомобильной промышленности выпускают большое разнообразие датчиков давления воздуха. По каталогу немецкой фирмы Bosch датчики давления имеют диапазон измерения давлений Р1 = 10 – 50 кПа; Р2 = 115 – 300 кПа. Выходное напряжение от 0,3 до 4,8 В.

На рис. 28 представлен один из выпускаемых фирмой Bosch датчиков и его выходная характеристика.

Рис. 28. Датчик давления и его выходная характеристика

Для определения дозы топлива в ДВС чаще используют анемометрический датч к массового расхода воздуха, но он стóит

Рис. 29. Датчик давления газа и его схема

33

Этот датчик имеет малые габаритные размеры 30х30х8 мм, линейную выходную характеристику. Он является интегрированным, то есть в корпусе с чувствительным элементом расположена интегральная микросхема, обеспечивающая выходное напряжение, согласованное с входом микроконтроллера, термокомпенсацию и линейность характеристик.

Основные технические характеристики датчика: Термокомпенсация в диапазоне 0 – 85 оС.

Диапазон измерения давления 15 – 115 кПа. Максимальная ошибка измерений 1,5%. Максимальное давление 400 кПа.

Диапазон измерения выходного напряжения 0,2 – 4,8 В. Чувствительность 46 мВ/кПа.

Напряжение питания 5,1 В, ток 7 мА.

На рис. 30 представлена зависимость напряжения на выходе датчика от давления газа.

СибАДИРис. 30. Выходная характеристика датчика MPX4115AP

Атмосферное давление, как известно, примерно 100 кПа, а минимальная величина давления в цилиндре − около 30 кПа. Она обусловлена натеканием воздуха в цилиндр при закрытых клапанах через щель между поршнем и цилиндром. Это особенно проявляется на низких оборотах.

Следовательно, напряжение на выходе датчика будет меняться в пределах 0,1 – 4 В. Это соответствует динамическому диапазону АЦП встроенного в Ардуино и позволяет подключить датчик непосредственно к аналоговому входу на плате Ардуино.

34