Что такое барометрическое давление в автомобиле
Устройство современного автомобиля
Датчики барометрического давления и абсолютного давления во впускном коллекторе
Датчики барометрического давления используются в системах управления двигателем при определении массы топлива по объемному расходу воздуха. Этот способ оказывается намного проще и дешевле в реализации, если сравнивать с непосредственным измерением массового расхода воздуха, но точность резко снижается. Датчики барометрического давления могут использоваться только для диагностики в бортовых диагностических системах второго поколения OBD-II.
Датчики барометрического (атмосферного) давления нужны для адаптации электронных блоков управления к перепадам высоты и изменениям погоды. Они могут применяться совместно с расходомером воздуха по объему. Скорее всего это один и тот же датчик, тогда измерение атмосферного давления производится, когда зажигание включено, а двигатель еще не работает. При езде в горных местах иногда приходится специально останавливаться для того, чтобы перезапустить двигатель, что позволит адаптировать систему управления подачей топлива к новой высоте.
Выпускаются и сдвоенные датчики (рис). Вход барометрического датчика остается открытым и на него подается атмосферное давление, вход датчика разрежения соединяется вакуумным шлангом с впускным коллектором.
Рис. 2.2. Комбинированный датчик барометрического давления и разрежения:
Рис. 2.3. Современный интегральный датчик давления в защитном корпусе
Барометрические датчики и датчики давления, применяемые для измерения разрежения во впускном трубопроводе, могут быть различных конструкций. Датчики давления дискретного действия представляют собой устройство, где замыкание и размыкание контактов происходят под действием упругой мембраны, испытывающей измеряемое давление.
Датчики давления непрерывного действия представляют собой либо потенциометр, ползунок которого связан с мембраной, либо катушку индуктивности, в которую мембрана под действием давления вдвигает магнитный сердечник.
Современные интегральные датчики (рис.) подключаются к микропроцессору ЭБУ через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Для 8-разрядного контроллера шаг дискретизации может составлять до 4 мс, для 16-разрядного — до 2 мс.
Погрешность датчика абсолютного давления во впускном коллекторе обычно около 1%.
Датчик барометрического давления работает в диапазоне 60. 115 кПа, имеет погрешность около 1,5%. По краям рабочего диапазона, как по температуре, так и по давлению, погрешность растет.
Рис. 2.4. Упрощенная электрическая схема датчика абсолютного атмосферного давления с цепями компенсации: (А — цепь температурной компенсации, В — измерительный мост, С — подстройка нуля, D — коэффициент усиления, Е — термокомпенсация усилителя).
Датчики абсолютного давления в двигателях с наддувом работают в диапазоне давлений 20. 200 кПа.
Рассмотренные датчики имеют, как правило, интегральное исполнение и крепятся к стенкам соответствующих трубопроводов.
Широкое распространение получили полупроводниковые датчики с преобразователем давления на кремниевом кристалле, в работе которого используется пьезорезистивный эффект (рис. 2.4, 2.5). На поверхности кристалла сформирован мостик сопротивлений, ток через которые изменяется под действием деформации. Затем ток усиливается и вводится температурная компенсация. Эти датчики отличаются небольшими размерами и высокой надежностью. Интегральные датчики очень технологичны, их выходной сигнал унифицирован для подключения к аналоговым или импульсным входам микроконтроллера.
Информацию о давлении в зависимости от конструкции датчика несет величина выходного напряжения или его частота.
Характеристики датчиков абсолютного давления
Датчик абсолютного давления
Некоторые автолюбители не совсем до конца понимают, что такое датчик абсолютного давления в системе управления двигателем. Поэтому решил изложить сей пост, дабы высказать своё мнение по данной теме и развенчать некоторые мифы и заблуждения, с которыми постоянно приходится сталкиваться в той или иной степени.
Я уже писал пост и снимал видео про проверку датчика абсолютного давления в коллекторе при помощи обычного мультиметра. Но не все до конца поняли суть работы этого датчика. Поэтому в комментариях постоянно приходится отвечать на одни и те же вопросы, что отнимает очень много времени.
К тому же в выдаче поисковых систем про датчик абсолютного давления выдается одна “вода”, которую все копипастят друг у друга, что ещё больше вводит в заблуждение начинающих водителей автомобилей с системой управления двигателем, построенной на МАР сенсоре.
Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе
Для начала стоит отметить, что в большинстве случаев, обзывать этот датчик датчиком абсолютного давления не совсем корректно, так как его задача не только измерить абсолютное давление в коллекторе, но а также и атмосферное (барометрическое) давление вне коллектора. Поэтому его с таким же успехом можно назвать и датчиком барометрического давления.
Для чего это необходимо?
Дело в том, что в разных местах нашей планеты атмосферное давление не одинаково. Да и в одном и том же месте давление с течением времени изменяется.
А при разном давлении изменяется и плотность воздуха, что приводит и к изменению массы воздуха на один и тот же объем. А это уже совершенно различные условия работы двигателя, и эту ситуацию блок управления двигателем должен учитывать, чтобы корректно управлять всё тем же двигателем.
При включении зажигания ЭБУ первым делом оценивает барометрическое давление. Так как пока двигатель не запущен, то давление в коллекторе равняется атмосферному. Именно этот момент позволяет избежать установки дополнительного датчика давления, который бы измерял барометрическое давление.
Ещё раз повторюсь – величина барометрического давления является очень важным измерением для нормальной работы системы управления двигателем!
Именно поэтому в мануалах по эксплуатации автомобиля указывается требование – при движении в горной местности или, наоборот, когда Вы едите с возвышенности, допустим, к морю, то необходимо периодически останавливать двигатель, чтобы ЭБУ определил новые значения барометрического давления.
Поэтому в ЭБУ закладывают алгоритмы перепроверки барометрического давления, которые работают и без остановки двигателя. Обычно это происходит при большой нагрузке на двигатель и при почти максимально открытой дроссельной заслонке.
Вот давайте посмотрим на приведенные графики. До резкого и полного нажатия педали газа, барометрическое давление составляет 98 кПа
Далее мы резко нажимаем педаль газа до упора и блок управления делает перезамеры барометрического давления. Оно теперь составляет 97 кПа
К чему это всё я описывал?
А чтобы подвести к первому заблуждению об этом датчике.
Большинство при проверке датчика абсолютного давления обращает внимание только на давление в коллекторе! Оно и понятно – датчик же абсолютного давления, значит и проверять необходимо абсолютное давление. Логика, в принципе, понятна, но имея уже какой-никакой опыт, я могу утверждать на основании своей личной статистики, что в подавляющем числе случаев неисправностей датчика абсолютного давления, проблемы вылезают как раз в некорректном измерении барометрического давления. Хотя абсолютное давление в этот момент не вызывает вопросов.
У меня таких проблемных графиков много и все я их выкладывать не буду, конечно. Но для примера парочку покажу. Вот барометрическое давление 112 кПа. Встречал показания и 115 кПа. Хотя максимальное давление на планете было официально зарегистрировано, по-моему, 108 кПа.
Поэтому датчик явно и нагло врет
Вот другой пример. Автомобиль едет по обычной дороге и показания барометрического давления составляют 98 кПа.
Но спустя пару секунд, давление падает до 84 кПа
Давление упало на 14 кПа! Такое может быть в реальности?
Конечно же нет. Датчик явно дает неверные показания. Хотя к абсолютному давлению в коллекторе претензий нет.
В общем, вывод первый – датчик абсолютного давления служит не только для измерения абсолютного давления, но и для измерения барометрического давления. Причём довольно часто проблемы проявляются именно в замерах барометрического давления, что приводит к проблемам в работе и пуске двигателя.
Второй вывод – датчик абсолютного давления измеряет давление в коллекторе! Если на последнем графике абсолютное давление составляет 28 кПа, то это и есть давление 28 кПа, но никак ни разрежение и, уж тем более, не вакуум, как часто можно встретить это описание в интернете. Это давление!
Ну теперь плавно перейдём к третьему и самому главному выводу. Для чего нужен датчик абсолютного давления и от чего зависят его показания.
Показания датчика абсолютного давления
Показания датчика абсолютного давления применяются для расчета расхода воздуха и для определения нагрузки на двигатель.
Но если расчет расхода воздуха осуществляется косвенно по данным датчика абсолютного давления, то нагрузка на двигатель является прямой зависимостью давления в коллекторе.
Чем ниже давление в коллекторе, тем меньше нагрузка на двигатель. И наоборот – чем выше давление в коллекторе, тем больше нагрузка на двигатель. Именно так это понимает блок управления двигателем.
Поэтому давление в коллекторе является наиважнейшим сигналом для ЭБУ. Даже положение ДЗ не такой важный сигнал для ЭБУ, как давление в коллекторе.
И вот тут начинаются заблуждения и непонятки для многих.
От чего зависит давление во впускном коллекторе
Большинство убеждены, что давление в коллекторе зависит от открытия дроссельной заслонки. Пока заслонка прикрыта – давление маленькое, а когда заслонку открыли – то давление выросло. Как писали мне на Ютуб канале – это простая физика и никак иначе.
Я согласен, что с физикой не поспоришь, поэтому сама физика и поможет нам разобраться в этом вопросе.
Начнем с того, что посмотреть показания датчика абсолютного давления можно при помощи диагностического сканера или при помощи вольтметра.
Это получается из-за того, что двигатель внутреннего сгорания работает на воздухе с небольшим добавлением массы топлива. И этот воздух он сам в себя всасывает. Как пылесос.
Потребность в воздухе у него большая, но так как дроссельная заслонка практически прикрыта и воздуха поступает очень мало, то двигатель высасывает всё что можно из впускного коллектора. Естественно, давление там падает из-за недостатка молекул воздуха.
И тут многие убеждены, что если приоткрыть дроссельную заслонку, то давление поднимется.
Но на самом деле всё будет совсем не так. Поэтому приходится постоянно отвечать на один и тот же вопрос – “Почему я открыл заслонку, а давление не поднялось, а упало ещё больше? Менять датчик абсолютного давления?”
Именно этот постоянный вопрос и побудил меня написать этот пост и ответить раз и навсегда – давление во впускном коллекторе зависит не от дроссельной заслонки, а от нагрузки на двигатель!
Автомобиль стоит на месте и двигатель работает в режиме холостого хода. Если мы приоткроем дроссельную заслонку, то давление действительно сделает скачок до 50-100 кПа (в зависимости как её открыть).
Но скачок этот будет кратковременным. Так как двигатель сам по себе довольно медленный и ему необходимо некоторое время, чтобы начать наращивать обороты, то он просто не успевает сразу всосать в себя резкий приток воздуха через открытую ДЗ. Но так как его ничто не держит (автомобиль стоит на месте на нейтральной передаче), то спустя секунду он с легкостью развивает обороты.
Но так как через приоткрытую ДЗ прохождение воздуха всё равно ограничено, то двигатель быстро всасывает в себя всё, что можно. Но так как он уже поднял обороты, то и его “всасывающая” способность увеличилась. Он стал мощнее и с большей силой всасывает в себя воздух. Естественно, давление во впуском коллекторе падает даже ниже того, которое было на холостом ходу.
Вот примеры графиков. Обороты больше 2000, а давление в коллекторе упало с 33 до 23 кПа!
Так и должно быть! Датчик абсолютного давления работает исправно.
Ещё раз повторю – открытие дроссельной заслонки не обязательно должно приводить к повышению давления в коллекторе. Потому что не заслонка влияет на повышение давления, а нагрузка на двигатель!
Вот как это выглядит. Допустим мы едем по дороге на 5-й передаче. Затем резко открываем дроссельную заслонку. В коллектор устремляется воздух без каких-либо препятствий, но двигатель уже не в состоянии быстро развить обороты и всосать в себя весь воздух, так как ему кроме самого себя необходимо крутить ещё и колеса! Поэтому ему тяжело и обороты он развивает очень медленно (а может и, вообще, не развивать, если ехать ещё и в гору). Естественно, воздуха в коллекторе много и давление поднимается практически до атмосферного
Вот в этот момент ЭБУ видит, по большому давлению в коллекторе, что двигатель не в состоянии “переработать” весь воздух, который ему дали и понимает это, как большую нагрузку на двигатель.
Надеюсь, что теперь понятно, тем, кто этого не понимал и переживал за работоспособность своего датчика абсолютного давления.
Что не понятно – спрашивайте. Хотите дополнить – дополняйте. Комментарии на странице ниже.
Описание цепи. Датчик барометрического давления, установленный на машине, определяет барометрическое давление
Датчик барометрического давления, установленный на машине, определяет барометрическое давление. При изменении барометрического давления в зависимости от высоты и погодных условий, изменяется и выходное напряжение датчика (при понижении барометрического давления выходное напряжение понижается, при повышении давления напряжение растет). Блок управления двигателем (ECM) по изменению выходного напряжения датчика вычисляет значения барометрического давления и использует их для оптимизации впрыска топлива, для управления и для расчета относительного давления наддува.
Проявления неисправности
Режим резервного управления: эквивалентно высоте 2500 м
• Черный дым (появляется при работе на большой высоте)
• При работе на низкой высоте снижается мощность
Предварительные условия для регистрации DTC
• Входное напряжение на клемме замка зажигания 18В или больше.
• Не зарегистрированы DTC P1630 или P1632.
Условия регистрации DTC
Напряжение датчика барометрического давления 3.8 В или больше в течение 4 секунд или дольше.
При регистрации DTC
• Сообщение о неисправности отображается на мониторе машины или загорается диагностическая лампа.
Устройство автомобилей
Приборы измерения давления
Назначение и типы приборов для измерения давления
Современные автомобили оснащаются различными механизмами, системами и агрегатами, использующими в качестве рабочего тела жидкости и газы. Это могут быть различные гидравлические и пневматические устройства, функционирующие под действием сжатых жидкостей, масел, воздуха и газов, при этом основным параметром рабочего тела в таких устройствах является его давление, которое необходимо постоянно контролировать, а значит и измерять.
Приборы измерения давления (манометры) применяются в автомобиле для контроля давления:
Кроме того, в специализированных автомобилях, используемых, например, для размещения и перевозки подъемно-транспортного оборудования, могут применяться манометры для контроля давления масла в гидросистемах и пневмоприводах.
Эксплуатация автомобиля с неисправными приборами контроля, давления масла и воздуха запрещена, т.к. может привести к аварийным режимам.
Для экстренного привлечения внимания водителя во многих системах манометры дублируются сигнализатором аварийного давления.
Кроме того, к приборам, измеряющим давление, относятся и приборы для измерения разрежения – вакуумметры. В последние годы широко применяется прибор, контролирующий разрежение во впускном коллекторе – эконометр. Руководствуясь указаниями этого прибора, водитель имеет возможность выбора режима движения, соответствующего наименьшему расходу топлива.
По способу измерения манометры делятся на приборы прямого действия и электрические.
Приборы прямого действия бывают механические и жидкостные.
Механические приборы для измерения давления имеют чувствительный элемент и указатель, устанавливаемый на приборной панели. Контролируемая среда подводится к чувствительному элементу прибора по трубопроводу.
Жидкостные приборы прямого действия для измерения давления (ртутные, спиртовые барометры и т. п.) в конструкции автомобилей не используются.
Электрические манометры основаны на преобразовании неэлектрических величин в электрические, и содержат связанные между собой манометрический датчик, к которому подводится контролируемая среда, и указатель, располагаемый на щитке приборов или в зоне видимости водителя.
Манометры прямого действия
К приборам непосредственного (прямого) действия относятся манометры с плоской или овальной трубчатой пружиной.
Основной деталью манометра с трубчатой пружиной (рис. 1) является пружина 4, представляющая собой упругую плоскую или овальную трубку. Трубчатая пружина изогнута по окружности и представляет собой не полный виток. Один конец трубки впаян в штуцер 7, через который в отверстие поступает жидкость или воздух. Под действием давления жидкости или воздуха трубка распрямляется, а так как второй конец соединен с тягой 6, то через передаточный механизм, закрепленный в корпусе 1, приводится в движение стрелка 2 прибора.
При увеличении давления внутри трубки происходит ее деформация (по оси Y она увеличивается, а по оси X уменьшается). При этом длина наружной дуги А и внутренней дуги А1 стенок трубки практически не меняется. Вследствие этого кривизна дуги, по которой изогнута трубчатая пружина, уменьшается, и трубка разгибается. При этом ее свободный конец перемещается, передвигая стрелку прибора. Регулировка осуществляется с помощью подвижной платы 8 и винта 9.
В манометрах с трубчатой пружиной перевод стрелки 2 осуществляется трубчатым сектором 5 и трибкой 10. Пружина 3 на оси стрелки компенсирует влияние зазоров в передаточном механизме на показание прибора.
Недостатками манометров прямого действия является их чувствительность к вибрациям и невысокая перегрузочная способность. Кроме того, трубопроводы, подводящие контролируемую среду к приборам, имеют склонность к засорению и даже закупорке, что приводит к погрешностям в показаниях и отказам.
По этой причине дальнейшее развитие манометрических измерителей связано с использованием электрических устройств.
Термобиметаллический импульсный манометр
Термобиметаллический импульсный манометр состоит из датчика и указателя.
Датчик манометра (рис. 2) имеет мембрану 10, на центральную часть которой опирается выступом 11 упругая пластина 1 с контактом, соединенным с «массой».
В датчике размещена П-образная термобиметаллическая пластина, электрически изолированная от «массы». На рабочее плечо 2 пластины навита обмотка 3, один конец которой приварен к термобипластине, а второй присоединен к выводному зажиму 6 через упругий вывод 5. На конце рабочего плеча термобипластины установлен второй контакт 4.
При отсутствии давления под мембраной контакт 4 соединен с контактом на упругой пластине 1. Второе плечо термобиметаллической пластины закреплено на упругом держателе 7, положение которого вместе с биметаллической пластиной можно изменять поворотом рычага 8.
Указатель термобиметаллического импульсного манометра (рис. 3) состоит из П-образной термобиметаллической пластины 3, которая одним концом закреплена на регулировочном зубчатом секторе 8, а другим соединена со стрелкой 7.
На рабочее плечо термобиметаллической пластины 3 навита обмотка 1, включенная последовательно с обмоткой датчика. Оба конца этой обмотки выведены на зажимы 2 прибора.
Второе плечо пластины 3, так же, как и датчика, компенсирует изменения температуры окружающей среды. Рабочий конец термобиметаллической пластины указателя имеет крючок 6, зацепленный со стрелкой.
При повышении давления под мембраной датчика упругая пластина с контактом поднимается и входит в контакт с термобиметаллической пластиной. Ток, проходящий по образовавшейся в следствия этого цепи, нагревает термобиметаллическую пластину указателя. Контакты датчика при нагревании рабочего плеча термобиметаллической пластины из-за ее изгиба размыкаются и прерывают ток до момента остывания пластины и последующего размыкания контактов.
При установившемся давлении в датчике происходит периодическое размыкание контактов. При этом время разогрева термобиметаллической пластины датчика, когда контакты замкнуты, зависит от степени ее деформации, т. е. от давления в датчике.
Время охлаждения пластины, когда контакты разомкнуты, зависит от степени нагрева пластины относительно температуры окружающей среды.
Чем выше давление в датчике, тем больше температура пластины указателя, так как время замкнутого состояния контактов датчика относительно времени разомкнутого состояния больше. Эффективный ток в обмотке указателя увеличивается, его термобиметаллическая пластина деформируется и перемещает стрелку по шкале.
Логометрический манометр
Логометрический манометр состоит из реостатного датчика и магнитоэлектрического указателя.
Реостатный датчик (рис. 4) логометрического манометра состоит из основания 1 со штуцером, на котором закреплена гофрированная мембрана 2 с помощью стального ранта 3, несущего на себе реостат 4 с передаточным механизмом. В центре мембраны установлен толкатель 11, на который опирается качалка 9 с регулировочными винтами 10. Качалка воздействует на ползунок 5 реостата, поворачивая его вокруг оси 6. Пружина 8 противодействует смещению ползунка.
Чтобы пульсации давления в контролируемой системе не вызывали колебаний ползунка по реостату, в канал штуцера датчика запрессован наконечник 12 со стержнем для очистки канала, который создает большое сопротивление потоку масла или воздуха и тем самым сглаживает влияние резких изменений давления на показания прибора.
При подаче масла или воздуха в датчик мембрана под давлением выгибается и через качалку и опорную площадку 7 двигает ползунок по реостату. При снижении давления мембрана под действием собственной упругости опускается, и возвратная пружина 8 сдвигает ползунок и детали рычажной передачи в исходное положение.
В качестве указателя логометрического манометра применяется магнитоэлектрический прибор (рис. 5, а), состоящий из двух пластмассовых полукаркасов 2 на которые намотаны три измерительные индукционные катушки 5, причем одна катушка расположена под углом 90˚ к двум другим. Постоянный магнит 3 установлен внутри каркаса на одной оси со стрелкой 6.
Магнит может поворачиваться, ориентируясь вдоль магнитных силовых линий результирующего вектора напряженности трех индукционных катушек.
В каркасе установлен подпятник 4 оси магнита и стрелки. Мостик 7 закреплен на каркасе и служит опорой шкалы прибора. Между мостиком и шайбой, закрепленной на оси магнита, а также в подшипник вводят кремнийорганическую жидкость, которая демпфирует колебания подвижной системы в условиях вибрации.
Для возврата подвижной системы в нулевое положение при включенном приборе используется миниатюрный магнит, находящийся между полукаркасами.
Для исключения воздействия на показания прибора посторонних магнитных полей и влияния полей индукционных катушек на показания других приборов собранный каркас размещают в цилиндрическом экране 1.
При включении датчика и указателя в цепь питания (рис. 5, б) ток проходит по индукционным катушкам W1, W2 и W3 по реостату датчика Rд и термокомпесационному резистору Rтк. Изменение давления в контролируемой системе вызывает изменения сопротивления реостата датчика Rд, подключенного параллельно индукционной катушке W1.
Ток, протекающий по индукционной катушке W1, изменяет свое значение, что приводит к изменению величины вектора напряженности поля, создаваемого этой катушкой. Изменение величины сопротивления реостата Rд оказывает влияние на величину тока, протекающего по двум другим индукционным катушкам, но это влияние не соль существенное, как в случае с индукционной катушкой W1. Изменение направления результирующего вектора напряженности вызывает отклонение магнита и стрелки манометра.
Логометрические автомобильные приборы в настоящее время вытесняют импульсные термобиметаллические, поскольку имеют ряд существенных преимуществ.
Датчики логометров не имеют размыкающих контактов, которые подвержены эрозионному износу и создают радиопомехи.
Логометрический указатель имеет больший угол перемещения стрелки, что дает возможность получить шкалу прибора с лучшей читаемостью.
В логометрическом указателе лучше компенсируются влияния изменения питающего напряжения и изменение температуры окружающей среды, так как векторы напряженности магнитных полей всех индукционных катушек изменяют свою величину практически пропорционально изменению питающего напряжения или температуры окружающей среды. Поэтому направление результирующего вектора напряженности, а значит, и положение стрелки прибора не зависят от этих внешних факторов.
Сигнализаторы падения давления
Применение на автомобиле манометра со стрелочным указателем давления часто недостаточно для обеспечения надежного контроля. Изменение давления за допустимые пределы может наступить неожиданно, и в этом случае сигнализатор давления в отличие от стрелочного прибора немедленно привлечет внимание водителя. В некоторых случаях в контролируемой системе вообще применяют только сигнализатор, не используя стрелочный прибор.
На автомобилях находят применение сигнализаторы аварийного (минимального) давления в системе смазывания, аварийного давления в пневмоприводе, в вакуумной системе открывания дверей и других рабочих системах автомобиля.
В качестве примера рассмотрим конструкцию датчика аварийного давления, применяемого на автомобилях ВАЗ и КамАЗ.
Датчик (рис. 6) имеет корпус 9 в виде полого штуцера, который внутри разделен на две полости диафрагмой 8 из тонкой полиэфирной пленки. В полость под диафрагмой поступает масло из системы смазки и поднимает её вместе с толкателем 6.
В полости над диафрагмой установлены неподвижный 7 и подвижной 1 контакты и пружина 5, противодействующая перемещению диафрагмы, которая выполняет роль чувствительного элемента датчика.
Сверху корпус закрыт изолятором 4 со штекерным разъемом 2, под которым установлен специальный фильтр 3, уравнивающий давление в надмембранной полости с внешним атмосферным.
При возникновении давления в поддиафрагменном пространстве датчика, сообщенном с контролируемой системой, диафрагма 8 выгибается и размыкает контакты 1 и 7; при падении давления контакты замыкаются, что приводит к включению контрольной лампочки на панели приборов.