Датчик температуры бака

Топливный бак

Топливный бак - важный конструктивный элемент топливной системы. Он предназначен для безопасного хранения определенного количества топлива (бензин, дизельное топливо, газ и др.), предотвращения его утечек и ограничения выбросов в результате испарения.

На легковых автомобилях топливный бак устанавливается, как правило, перед задней осью под задним сиденьем, вне зоны деформации автомобиля при ударе сзади. Объем топливного бака должен обеспечивать автономный пробег автомобиля в пределе 400-600 км. Бак закрепляется на кузове автомобиля ленточными хомутами. С нижней части топливного бака может устанавливаться металлическая защита от повреждений. Для предотвращения нагрева топливного бака от элементов выпускной системы применяются теплоизолирующие прокладки.

Топливные баки изготавливаются из металла (алюминий, сталь) или пластмассы. Самым популярным материалом в настоящее время является пластмасса (полиэтилен высокой плотности). Преимуществом пластмассовых баков является наилучшее использование пространства для установки, т.к. при изготовлении (формовке) можно получить топливный бак любой формы, а значит добиться максимального его объема.

Пластик не подвержен коррозии, вместе с тем, стенки бака проницаемы для углеводородов на молекулярном уровне. Для предотвращения микроутечек топлива пластиковые баки изготавливаются многослойными. В некоторых конструкциях внутренняя поверхность бака покрывается фтором, препятствующим утечкам.

Металлические топливные баки свариваются из штампованного листа. Алюминий используется для хранения бензина, дизтоплива, сталь – для газа. С целью оптимизации свободного пространства для каждого нового автомобиля разрабатывается свой топливный бак. При этом для одной модели автомобиля топливные баки могут различаться в зависимости от типа кузова. типа двигателя, конструкции топливной системы, системы впрыска, климатического исполнения.

Заправка топливного бака производится через заливную горловину, которая располагается слева или справа над задним крылом. Предпочтительным является левое расположение заливной горловины (расположение со стороны водителя), при котором по окончании заправки меньше шансов оставить заправочный пистолет в горловине и уехать вместе с ним.

С топливным баком заливная горловина соединена трубопроводом. Сечение заливной горловины и трубопровода должно обеспечивать скорость заправки топливного бака порядка 50 литров в минуту. Горловина топливного бака запирается винтовой крышкой. На автомобилях Ford применяется заливная горловина топливного бака без крышки – система Easy Fuel. Снаружи горловина закрыта лючком, оборудованным замком. Замок лючка бензобака отпирается из салона с помощью электрического (электродвигатель) или механического (трос) привода.

Топливо в систему подается через выходной топливопровод, избытки топлива возвращаются обратно в бак по сливному топливопроводу. В автомобилях с бензиновыми двигателями в топливном баке устанавливается электрический топливный насос. обеспечивающий нагнетание топлива в систему. В конструкции автомобиля предусматривается технологический доступ к насосу (лючок в кузове).

Для контроля уровня топлива в баке устанавливается соответствующий датчик. Он образует единый блок с топливным насосом (бензиновые двигатели) или устанавливается отдельно (дизели). Датчик состоит из поплавка и потенциометра. При снижении уровня топлива поплавок опускается, изменяется сопротивление связанного с ним потенциометра и уменьшается напряжение в цепи. При этом отклоняется стрелка указателя уровня топлива на панели приборов. В топливных баках сложной конструкции и большого объема может устанавливаться два датчика контроля уровня топлива, работающих совместно.

Для эффективной работы топливного бака в нем должно постоянно поддерживаться атмосферное давление. Данную задачу решает система вентиляции топливного бака. которая:

• нейтрализует разряжение, возникающее при потреблении топлива из бака;
• способствует вытеснению избытка воздуха, возникающего при заправке топливного бака;
• противодействует повышению давления в связи с нагревом топлива.

При пониженном давлении топливный бак может деформироваться, а подача топлива прекратиться, при высоком давлении – разорваться.

На современных автомобилях используется система вентиляции топливного бака закрытого типа, т.е. топливный бак не имеет непосредственного соединения с атмосферой. Схемы системы вентиляции топливного бака, используемые на автомобилях, могут существенным образом отличаться. Вместе с тем, можно выделить общие элементы, отвечающие за впуск воздуха в топливный бак и выпуск из него паров топлива.

Задача впуска воздуха при возникающем разряжении решается с помощью предохранительного клапана. Клапан устанавливается в крышке заливной горловины. По своей сути это обратный клапан, пропускающий воздух в одном направлении и запирающий его движение - в другом. При возрастании разряжения в топливном баке атмосферное давление отжимает пружину клапана, в результате чего воздух поступает в топливный бак и давление в нем выравнивается с атмосферным давлением.

При заправке топливного бака избыток паров топлива вытесняется по вентиляционному трубопроводу, расположенному параллельно с заправочным трубопроводом. На конце трубопровода может располагаться компенсационная емкость, в которой скапливается избыток паров бензина при заправке. Емкость не соприкасается с атмосферой, а соединена отдельным трубопроводом с адсорбером системы улавливания паров бензина. В конце вентиляционного трубопровода также устанавливается гравитационный клапан, предотвращающий разлив топлива из бака при опрокидывании автомобиля. Клапан срабатывает при наклоне автомобиля свыше 45°.

Пары топлива, возникающие при нагреве, выводятся из топливного бака с помощью системы улавливания паров бензина. Данная система является неотъемлемой частью системы вентиляции топливного бака. Для эффективной работы системы улавливания паров бензина в топливном баке могут устанавливаться датчик температуры топлива и датчик давления топлива в топливном баке.

Датчик уровня топлива ДУТ-ИТ2 (далее ДУТ) предназначен для определения уровня топлива в топливном баке транспортных средств. Датчик уровня топлива представляет собой конденсатор образованный двумя коаксиально расположенными алюминиевыми трубками,  емкость которого изменяется в зависимости от глубины погружения его в диэлектрическую среду. Датчик производит измерение температуры в верхней части трубок, и поскольку  алюминиевые трубы обладают гораздо более высокой теплопроводностью, чем корпус датчика, поэтому измеряемая температура близка к температуре топлива. Значение измеренной температуры используется для коррекции показаний уровня топлива в зависимости от температуры топлива. Так же значение измеренной температуры передается по цифровому интерфейсу для исполнений RS232 либо RS485. В датчике отсутствует постоянная составляющая между измерительными трубками датчика, что благотворно сказывается на стабильности работы со временем из-за присутствия в топливе воды. При наличии постоянной составляющей между трубами, происходит электролиз и образование утечек по изоляторам между измерительными трубами, что приводит к ухудшению точности измерения и впоследствии выходу из строя датчика. Корпус из изоляционного материала и гальваническая развязка измерительных труб от питающего напряжения, что позволяет подключать датчик непосредственно к аккумуляторной батарее ТС. Для аналогового датчика исключается влияние на показания уровня топлива из-за различных потенциалов на корпусе бака и нулевом проводе блока контроля. Допускается обрезание (укорачивания) измерительных трубок датчика на величину не более 70% от номинальной длины измерительной части. Датчик имеет автоматическую калибровку после укорачивания измерительных трубок. Необходимо подать питание на «сухой» датчик в течение 2 минут. Производятся версии датчиков с выходом на приборную панель (стрелка, лампочка резерв). В таком случае есть возможность установки вместо штатного датчика, при сохранении показаний уровня топлива на приборной панели ТС. Версия датчика со встроенным акселерометром, позволяющим корректировать показания датчика при наклонах бака а так же резких колебаниях(болтанка топлива в баке). На Рис.1. приведен результат тестирования работы датчика со встроенным акселерометром при езде по сильно пересеченной местности. Датчик был установлен вместо штатного датчика, практически на краю бака. Датчик передавал значения уровня топлива без коррекции показаний (синяя линия), а так же уровень топлива с учетом поправок полученных с помощью акселерометра (красная линия). Из приведенного графика видно, что без коррекции показаний отклонения превышают +-9%. После коррекции показаний колебания показаний не превышают 1%.

Датчики маркируются следующим образом:

Итак, решено – снимаем блок управления, и пытаемся включить его на столе. Ну, на столе, не на столе (он, как всегда завален всякой фигнёй), а вот под капотом починяемого автомобиля – в самый раз. Так даже удобнее: и аккумулятор (то есть, масса и плюс питания) рядом, и к общей CAN-шине завсегда можно подключиться, да и сам блок располагается очень удобно – его выводы как на ладони (фото 1). А с учётом того, что при этом не нужно делать генеральную уборку на столе, так и вовсе замечательно.

Фото 1 - ну вот как-то так.

Подсоединили мы к блоку все полагающиеся ему массы, постоянный плюс (так называемый «backup»), подключили к выводам «CAN Hi» и «CAN Low» сканер, и затем последовательно подали ещё два оставшихся «плюса» - сначала на вывод «от замка зажигания», а затем на вывод «от главного реле». Дым из блока не пошёл – уже хорошо. Шутка. Связь с блоком установилась без проблем. Работает, однако. И как работает! Ну, понятно, что в отсутствие всех цепей, кроме масс и питания, блок тут же зафиксировал море ошибок (экраны 1 и 2).

Экраны 1 и 2 - коды неисправностей

Но разве это имеет хоть какое-нибудь значение, когда в режиме текущих параметров мы видим совершенно правильное значение напряжения питания (экран 3)?

Экран 3 - напряжение борт-сети отображается корректно

Именно на это мы и надеялись. Появился свет в конце тоннеля. Надо постараться «выжать» из ситуации, всё что можно. Первым делом, необходимо убедиться, что это не случайность. Ведь иногда ECU у нас работал нормально и в штатном варианте. Быстренько устанавливаем блок назад, включаем зажигание – не тут-то было, в строке «Battery Voltage» видим уже порядком надоевшие 19.9 Вольта. Ещё раз демонтируем блок, опять подсоединяем нашу «навеску» - нет, никакой случайности здесь нет, будучи отсоединённым от штатных разъёмов жгута, контроллер «видит» абсолютно правильное значение питания. Значит, с очень большой долей вероятности можно утверждать, что проблема кроется где-то во внешних цепях (или компонентах). Теперь вопрос где именно.

Интересная деталь: практически все питания и массы, приходящие к блоку управления двигателем, сосредоточены на разъёме №3, самом нижнем, с точки зрения ориентации блока под капотом (фото 2).

Фото 2 - все массы и питание сосредоточены на разъёмах №3 и №1

Попробуем использовать это весьма удачное обстоятельство. Сначала подсоединяем к ECU разъём №2 (средний) и оставляем всю самодельную «навеску». Подаём питание – всё в норме, блок работает исправно. Продолжаем в том же духе - отсоединяем от верхнего разъёма блока (это разъём №1) две наших самодельных массы и подсоединяем к нему штатный разъём жгута (фото 3).

Фото 3: верхние разъёмы - штатные, на нижнем - наша "навеска"

Вновь подаём питание, и опять никаких проблем – на экране сканера видим штатное напряжение АКБ. Значит, блоку мешает что-то, что «висит» на нижнем разъёме. Круг «подозреваемых» неуклонно сжимается.

Наиболее вероятной гипотезой становится предположение о том, что на один из выводов ECU приходит «нечто», что туда приходить не должно. Поэтому в первую очередь подозрение падает на силовые цепи, так или иначе выходящие на разъём №3. Пользуясь электросхемой, разрисовываем в удобном для себя виде все его выводы, подходящие к ним цепи, переходные разъёмы, предохранители, реле и так далее. Подключаем ECU к штатному жгуту, и начинаем планомерно отключать всё, что подходит к разъёму №3 – различные компоненты, реле, предохранители и т.п. Отключаем то, отключаем другое, отключаем третье - безрезультатно. Сверяемся со схемой – вроде бы всё, отключать больше нечего. Под вопросом остался один единственный провод, который приходит на вывод под номером 134. Цепь датчика температуры топлива. Можно и эту цепь разорвать, но любопытство берёт верх - решаем сначала проверить что же там не так? Отсоединяем блок управления, подключаем к выводу №134 нижнего разъёма жгута мультиметр, включаем зажигание и обнаруживаем на этом выводе полноценные 12 Вольт. Причём, это не какая-нибудь там утечка – тока вполне хватает, чтобы горела «контролька» (фото 4). Можно сказать, плюс питания «в голом виде».

Фото 4 - на выводе №134 присутствует напряжение питания

Смотрим на электросхему (рис. 1). Провод на контакт №134 поступает от датчика температуры топлива, датчик установлен в топливном баке. Похоже, что «коротыш» находится именно там.

Рис. 1 - фрагмент электрической схемы

Восстанавливаем все штатные соединения. Добираемся до лючка бензонасоса и отсоединяем разъём топливного модуля (фото 5). Так и есть – со снятым разъёмом блок замечательно работает. Это значит, что 12 вольт попадают на ECU именно из бензобака.

Фото 5 - отсоединяем разъём топливного модуля

Ну всё, похоже мы у цели. Демонтируем топливный узел (фото 6) и в итоге находим причину.

Фото 6 - топливный узел как он есть

Два провода, идущие к датчику температуры топлива (фото 7), в процессе эксплуатации автомобиля, имели тесный контакт с одной из прижимных пружин (фото 8). В итоге, изоляция проводов нарушилась, и они стали «коротить» между собой.

Фото 7 - это и есть датчик температуры топлива

Фото 8: а это - его проводка.

А дальше на первый план вышла конструктивная специфика этой цепи. Дело в том, что включить датчик температуры топлива по стандартной 5-ти вольтовой схеме ниссановские инженеры почему-то не захотели. Возможно, над ними довлели указания главного босса - великого и ужасного Карлоса Гона, и они просто не решились трассировать до бака лишний провод от ECU. Это же дополнительные деньги - Карлос Гон может расстроиться. Была выбрана другая схемотехника включения датчика, а именно: его запитали тем же напряжением, которое приходит на датчик указателя уровня топлива. То есть, двенадцатью вольтами (согласно рис. 1, это напряжение поступает от панели приборов). Что помешало разработчикам установить этот датчик не в баке, а в подкапотном пространстве, «врезав» его, скажем в подающую топливную магистраль, и применить стандартную пяти-вольтовую конфигурацию, для меня лично остаётся загадкой.

Но даже такая необычная схема вполне могла бы себе работать и работать, если бы не качество исполнения топливного узла. Посмотрите ещё раз на фото 7 и 8. Штатная трассировка проводки не выдерживает никакой критики. Можно сказать, что эта неисправность была «запрограммирована». При ремонте мы конечно это учли, и предприняли все меры, чтобы проводка датчика больше таких неприятностей не доставляла (фото 9).

Фото 9 - интересно, а почему бы так не сделать сразу, на заводе?

Торжественный пуск, несколько минут прогрева, и долгожданный экран 4 с абсолютно корректными параметрами.

Всесторонне проверяем работу двигателя, в том числе и в тестовой поездке. Никаких претензий. Автомобиль можно отдавать владельцу.

Вот так мы и починили этого бегемота. После того, как он уехал, диагностический участок как-то сразу опустел и вновь стал казаться нам вполне просторным. Для усиления эффекта, мы даже сделали-таки генеральную уборку на рабочем столе. На котором осталась изготовленная на скорую руку проводка и «записки сумасшедшего» (фото 10).