Dmytro Krokhmal BP

1.

Tlakové veličiny v spaľovacom
motore automobilu
Dmytro Krokhmal
doc. Ing. Juraj Ďurišin, PhD.
KTE
22.6.2026

2.

Úvod
• Moderný spaľovací motor je zložitý mechatronický systém. Jeho účinnosť a
spoľahlivosť závisia od presného merania tlakových veličín.
• Tlakové senzory poskytujú riadiacej jednotke ECU dôležité údaje. Tieto údaje
slúžia na optimalizáciu vstrekovania paliva, časovania zapaľovania a regulácie
turbodúchadla.
• Cieľom bakalárskej práce je analyzovať princípy fungovania kľúčových
tlakových senzorov a overiť ich správanie v reálnych podmienkach pomocou
automobilového osciloskopu.
2

3.

MEMS technológia – základ moderných tlakových senzorov
• MEMS technológia je základom
moderných tlakových senzorov.
• Na kremíkovom čipe sa vytvára
tenká membrána s vákuovou
komorou.
• Piezorezistory vо Wheatstoneovom
mostíku menia odpor pri deformácii.
Táto technológia prináša vysokú
presnosť a nízke náklady.
Animácia deformácie membrány a činnosti Wheatstoneovho mostíka pri meraní tlaku
Obr. 1 Schéma Wheatstoneovho mostíka v
MEMS senzore
Popis obr.1: 1 - Membrána, 2 - Kremíkový čip, 3 Referenčné vákuum, 4 - Sklo (Pyrex), p - Nameraný tlak
3

4.

Aplikačne špecifické integrované obvody
• ASIC obvody spracúvajú signál priamo v
senzore.
• Zosilňujú slabý signál z MEMS prvku a
vykonávajú teplotnú kompenzáciu.
• Obsahujú 17-bitový ADC a pamäť
OTPROM. Výstup je stabilný a odolný
voči rušeniu.
Obr. 2 Bloková schéma ASIC s 17-bitovým ADC a funkciou teplotnej
kompenzácie
4

5.

MAP senzor – teória a konštrukcia
• MAP senzor sa nachádza
medzi vzduchovým filtrom
a škrtiacou klapkou.
• Meria absolútny tlak v
sacom potrubí.
• Umožňuje
výpočet
hmotnosti
vzduchu
metódou Speed-Density.
• Používa MEMS technológiu
s integrovaným ASIC a NTC
senzorom. Výstupný signál
je 0,5 – 4,5 V.
Obr.
Obr.35Prierez
BOSCHMEMS
0 281 meracieho
006
prvku s referenčným
vákuom
z zadnej
059 MAP senzor
strany membrány
Popis obr.2: 1 - ochranný gél, 2 gélový rám, 3 - sklenená základňa, 4
- keramický hybrid, 5 - komora s
referenčným vákuom, 6 - merací
Obr. 4 Konštrukčné vyvedenie MAP senzora s integrovaným
článok (čip) s vyhodnocovacou
teplotným snímačom (NTC)
elektronikou, 7 - lepené pripojenie,
Popis obr. 7: 1 - stena rozdeľovača, 2 - teleso, 3 - tesniaci krúžok,
p - nameraný tlak
4 - snímač teploty (NTC), 5 - elektrické pripojenie (zástrčka), 6 kryt telesa, 7 - merací článok[1]
5

6.

Vysokotlakový senzor paliva
• Vysokotlakový senzor (HPS) meria tlak až
do 2500 bar.
• Pracuje na základe oceľovej membrány.
• Je kľúčový pre presné vstrekovanie v GDI
systémoch.
• Spĺňa bezpečnostné normy ASIL.
• Používa PID reguláciu.
Obr. 8 Bloková schéma PID regulácie
tlaku paliva
Obr. 6 Snímač tlaku paliva Bosch
0281006053
Obr. 7 Konštrukcia HPS senzora
6

7.

Senzor tlaku motorového oleja a chladiaceho systému
• Senzor tlaku oleja chráni motor pred poškodením ložísk.
• Tlak oleja sa v moderných motoroch aktívne reguluje.
• Senzor chladiaceho systému monitoruje tesnosť a zabraňuje
prehriatiu.
Studený štart (nízka teplota)
4 – 6 bar (krátkodobo)
Voľnobeh (teplý motor)
0,8 – 2,0 bar
Stredné zaťaženie (2000 – 4000 ot.min-1)
2,5 – 4,0 bar
Vysoké zaťaženie, vysoké otáčky
4,0 – 6,0 bar
Tab.1 Typické hodnoty tlaku oleja v moderných motoroch
Obr. 9 Senzor teploty a tlaku
oleja Bosch
7

8.

Praktická diagnostika tlakových senzorov
• Merania boli vykonané na vozidle Renault Mégane III 1.5 dCi.
• Použitý bol automobilový osciloskop PicoScope.
• Analyzované boli signály MAP senzora Bosch 0 281 002 593, vysokotlakového
senzora Bosch 0 281 002 755 a senzora tlaku oleja.
• Výsledky potvrdili súlad teórie s reálnou prevádzkou.
Obr. 10 PicoScope 4424A
Obr. 11 Oscilogram
signálu MAPvysokotlakového
senzora Bosch
281 002tlaku
593 paliva
počas
Obr.13
12Oscilogram
Oscilogram
senzora
Obr.
senzora
tlaku 0motorového
oleja prevádzky
motora
Bosch 0 281 002 755 počas
štartu a prevádzky motora
8

9.

Záver
• Tlakové veličiny patria medzi najvýznamnejšie parametre riadenia moderného
spaľovacieho motora.
• V práci bola analyzovaná MEMS technológia, funkcia ASIC obvodov a vybrané
tlakové senzory (MAP, vysokotlakový senzor paliva a senzor tlaku oleja).
• Praktické merania osciloskopom potvrdili súlad teórie s reálnou prevádzkou.
• Presné meranie tlaku priamo ovplyvňuje spotrebu paliva, emisie a
spoľahlivosť motora
9

10.

Ďakujem za pozornosť.

11.

Otázka k záverečnej práci:
Mohol by byť snímač tlaku implementovaný do výfukového
systému? Akú funkciu by mal?
• Áno, snímače tlaku sa bežne používajú
vo výfukovom systéme, najmä pri DPF
filtri.
• Snímač
diferenčného
tlaku
DPF
pozostáva z dvoch časti:
Jeden je umiestnený pred DPF filtrom
Druhý je umiestnený za DPF filtrom
• Tieto senzory merajú rozdiel tlaku pred a
za filtrom pevných častíc.
• Hlavná funkcia: Monitorovanie stupňa
zapchatia filtra sadzami.
Obr. 15 Diferenčný tlakový senzor Bosch pre DPF filter
Obr. 1´4 Snímač diferenčného tlaku DPF – meranie tlaku pred (p1) a za (p2)
filtrom pevných častíc.
11