Как работает «датчик загрязнения воздуха в салоне» автомобиля (и где он находится?)
Датчик качества воздуха в салоне машины. Разбираемся, как он работает и зачем нужен
Автовладельцы, особенно те, кто владеет подержанными старыми автомобилями, и те, кто имеют опыт ремонта машин своими руками, обычно внимательно прислушиваются к любым звукам своего авто. Им наверняка знакомо то чувство, когда едешь по дороге и внезапно начинаешь ощущать в салоне запах масла или топлива. Тут у многих автолюбителей в голове начинается угадайка, откуда такой аромат: от посторонней машины или своей. А знаете ли вы, что многие транспортные средства умеют полностью избавлять водителя и пассажиров от неприятных запахов в салоне и что в них есть специальный датчик, предназначенный именно для этого?
Мы в 1Gai.Ru решили узнать, как он работает. И да, мы даже нашли, как он выглядит в разборном виде!
Кстати, этот датчик имеет много разных названий. Но все их объединяет общий принцип работы: они умеют обнаруживать присутствие в воздухе определенных газов. Но, несмотря на метод работы, все автопроизводители любят называть их по-разному. Например, компания SEAT именует их «датчиками качества воздуха», а Volvo — «салонным датчиком качества воздуха». Однако шведский вариант не совсем подходящий по названию, потому что этот сенсор улавливает газы за пределами кабины автомобиля.
К сведению: BMW была одной из первых компаний, внедривших эту технологию. Они назвали их датчиками AUC. Эта аббревиатура расшифровывается на немецком языке как Automatische Umluft Control, что в переводе примерно означает «автоматическое управление рециркуляцией».
По сути, эти датчики призваны обнаруживать присутствие определенных газов в воздухе. Обычно они определяют угарный газ, оксиды азота и углеводороды. Первые два химических соединения являются типичными продуктами процесса сгорания топлива, тогда как несгоревший бензин, или дизель, или дымные пары масла могут быть причиной присутствия в воздухе на дороге углеводородов. Если вы когда-нибудь проезжали мимо плохо работающего дизельного автомобиля с неисправным мотором или автомобиля с утечкой масла, вы, вероятно, ощущали горячий неприятный запах, свидетельствующий о том, что автомобиль уже одной ногой (а точнее, колесом) на свалке. Этот плохой аромат и есть органическое соединение углеводорода.
На фото: в BMW 3-й серии (E90) датчик AUC размещен прямо у основания лобового стекла, где он взаимодействует с потоками окружающего воздуха.
Газоанализатор обычно расположен где-то в передней части автомобиля под капотом и, таким образом, используется для управления системой HVAC (Heating, Ventilation, & Air Conditioning — технологии систем поддержания необходимых требований температуры, влажности и чистоты воздуха), чтобы избежать попадания этих неприятных газов в салон.
Эти сенсоры обычно устанавливаются только на автомобили с более современными автоматическими системами управления HVAC. В должным образом оборудованных автомобилях функция датчика качества воздуха включается путем установки автоматического управления рециркуляцией или просто перевода системы HVAC в полностью автоматический режим. Затем, когда датчик обнаруживает что-то неприятное снаружи автомобиля, система контроля качества воздуха в салоне автоматически закрывает заслонки вентиляции с целью перейти в режим рециркуляции, для того чтобы не допустить попадания неприятного воздуха в салон машины.
Как видите, всё просто. Но мы обожаем погружаться в технические детали гораздо глубже. И нам стало интересно, как выглядит датчик загрязнения воздуха внутри. Нам удалось найти в Сети датчик AUC от BMW 320D 2008 года выпуска (номер детали 64119240180), который разобрал один автолюбитель.
Судя по пластиковому корпусу, устройство было произведено компанией Paragon AG, основанной в 1988 году и давно специализирующейся на их производстве. BMW была одним из первых автопроизводителей, установивших датчик качества воздуха на свои автомобили аж в 1989 году.
Как мы поняли, разобрать датчик было непростой задачей, поскольку эта деталь сделана с хорошей защитой, так как предназначена для выживания в суровых автомобильных условиях. Компоненты внутри не просто помещены в пластиковый корпус, они покрыты слоями эластичной пластиковой массы. Это служит для защиты внутренних компонентов от ударов и вибраций, но сильно затрудняет разборку для пылкого и любознательного инженера. В любом случае настойчивость и пара хороших бокорезов в конце концов позволили «исследователю» взглянуть на внутренности электронного блока.
Датчик, по сути, состоит из небольшого сенсорного элемента (см. ниже), находящегося внутри передней части пластикового корпуса за воздухозаборными отверстиями и простой фильтрующей сеткой. Сенсорный элемент подключен к небольшой электронной печатной плате, на которой размещены компоненты, формирующие сигнал датчика и преобразующие его в то, что может легко понять ЭБУ (блок управления двигателем, «мозги») автомобиля. В зависимости от автомобиля датчики Paragon обычно обмениваются данными с ЭБУ через сигналы PWM, шину LIN или соединение Klimabus.
Сам сенсорный элемент расположен в центре платы датчика и держится на припое и проволоке. Это позволяет легко нагревать его до рабочей температуры с минимальными затратами энергии.
Сенсорный элемент — это то, что на самом деле измеряет концентрацию определенных газов в воздухе. Просто взглянув на него, вы не поймете, как он работает. Самые популярные датчики Paragon обнаруживают угарный газ, оксиды азота и различные углеводороды. Они также очень чувствительны, то есть могут довольно быстро обнаружить присутствие в воздухе различных соединений. Кроме того, они умеют своевременно и быстро реагировать, когда концентрация газа снижается.
Все сводится к химическим реакциям, которые происходят на поверхности металлооксидного полупроводникового чувствительного элемента. Если вы уверены в своих знаниях в области полупроводников и химии на университетском уровне, то можете погрузиться в литературу, в противном случае наслаждайтесь нашими упрощенными объяснениями.
Слева: молекулы кислорода «адсорбируются», или прилипают к поверхности металлооксидного сенсора, захватывая электроны. Молекула угарного газа забирает атом кислорода, превращаясь в углекислый газ и освобождая захваченный электрон.
Оксид металла имеет тенденцию адсорбировать, или притягивать к своей поверхности молекулы кислорода. Атомы кислорода иммобилизуют электроны в зоне проводимости в поверхностной области оксида металла. Если это звучит слишком запутанно и сложно, вот более простое объяснение: кислород на поверхности датчика запирает некоторые электроны в оксиде металла. Это ограничивает проводимость материала до определенного базового уровня, когда, например, воздух более-менее чист и нет большой концентрации газов.
Когда же газы, появившиеся в воздухе, входят в контакт с чувствительным элементом сенсора, они вступают в реакцию с захваченными атомами кислорода и изменяют проводимость датчика.
Короче говоря, некоторые газы, которые вступают в реакцию с кислородом на датчике оксида металла, либо уменьшают, либо увеличивают проводимость сенсорного элемента. Таким образом, по проводимости датчика можно определить высокие уровни угарного газа, оксидов азота или углеводородов. Когда проводимость смещается вверх или вниз от обычной базовой точки чистого воздуха, становится ясно, что имеется повышенный уровень соответствующих газов, которые вступают в реакцию с датчиком.
Электроника датчика измеряет проводимость сенсорного элемента и преобразует ее в значение, которое можно передать в блок управления климатической системой. При обнаружении повышенного уровня вредных газов блок HVAC закрывает заслонки вентиляции салона, чтобы настроить систему на внутреннюю рециркуляцию воздуха.
Во многих случаях бортовая электроника датчика также отвечает за регулирование его температуры. Характеристики и проводимость металлооксидного сенсорного элемента могут меняться в зависимости от температуры, что может затруднить получение надежных результатов относительно присутствия или отсутствия загрязняющих веществ в различных погодных условиях. Чтобы избежать этой проблемы, в состав датчика обычно включают небольшой нагревательный элемент и датчик температуры с целью поддерживать элемент в идеальном рабочем температурном диапазоне.
Эти газометаллооксидные датчики могут быть изготовлены относительно недорого, и в последние годы их внедряют во все большем количестве автомобилей.
Исторически эти электронные устройства были довольно малоизвестной автофункцией. Однако в последние годы их использование становится как никогда актуальным, поскольку клиенты все больше беспокоятся о качестве воздуха и его влиянии на здоровье человека.
Кстати, компания Polestar не просто разместила такой датчик в своих автомобилях Polestar 2, но и при этом на экране мультимедийной системы есть функция анализа качества воздуха, включающая информацию о присутствии в воздухе твердых частиц и загрязняющих веществ.
Если вы водили современный автомобиль с высококлассной системой отопления, вентиляции и кондиционирования, возможно, вы пассивно замечали, что хитрые грузовики и дымящие дизели на дорогах, похоже, не пахнут так плохо, как раньше. Или, возможно, вы вообще ничего не чувствовали, поскольку в салон не попадали неприятные запахи, которые мог бы уловить ваш нос. В любом случае вы должны благодарить в этом датчики загрязнения воздуха, ученых и инженеров, разработавших эти недорогие сенсоры-анализаторы для автопромышленности, благодаря которым в наших автомобилях стало пахнуть свежестью.
Обложка: 1Gai.Ru / shutterstock.com
Источник статьи: How Your Car’s ‘Smell Sensor’ Works
