.jpg/1280px-Bosch_Mass_Air_Flow_Sensor_location_in_the_engine_bay_(Opel_Antara_2.0_CDTI).jpg)
Датчик массового расхода (воздуха) ( MAF ) — датчик , используемый для определения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания с впрыском топлива .
Информация о массе воздуха необходима блоку управления двигателем (ECU) для балансировки и подачи правильной массы топлива в двигатель. Воздух меняет свою плотность в зависимости от температуры и давления. В автомобильной промышленности плотность воздуха меняется в зависимости от температуры окружающей среды , высоты над уровнем моря и использования принудительной индукции , а это означает, что датчики массового расхода более подходят, чем датчики объемного расхода , для определения количества всасываемого воздуха в каждом цилиндре.
В автомобильных двигателях используются два распространенных типа датчиков массового расхода воздуха. Это крыльчатый счетчик и горячая проволока. Ни в одной из конструкций не используется технология прямого измерения массы воздуха. Однако с помощью дополнительных датчиков и входов ЭБУ двигателя может определять массовый расход всасываемого воздуха.
Оба подхода используются почти исключительно в двигателях с электронным впрыском топлива (EFI). Обе конструкции датчиков выдают сигнал 0,0–5,0 В или сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который пропорционален массовому расходу воздуха, и оба датчика имеют датчик температуры всасываемого воздуха (IAT), встроенный в их корпуса для большинства случаев после включения. бортовая диагностика (OBDII) автомобилей. Автомобили до 1996 года могли иметь MAF без IAT. Примером может служить Infiniti Q45 1994 года выпуска .
Когда датчик массового расхода воздуха используется в сочетании с датчиком кислорода , соотношение воздух/топливо в двигателе можно контролировать очень точно. Датчик массового расхода воздуха передает контроллеру разомкнутого контура прогнозируемую информацию о расходе воздуха (измеренный расход воздуха) в ЭБУ, а кислородный датчик обеспечивает обратную связь по замкнутому контуру для внесения незначительных корректировок в прогнозируемую массу воздуха. Также см. Датчик абсолютного давления в коллекторе ( датчик MAP ). Примерно с 2012 года некоторые датчики массового расхода воздуха включают в себя датчик влажности . [1]
Датчик VAF (крыльчатого расхода воздуха) измеряет импульс потока воздуха в двигатель с помощью подпружиненной воздушной заслонки (заслонки/двери), прикрепленной к переменному резистору ( потенциометру ). Лопатка движется пропорционально импульсу воздушного потока. На потенциометр подается напряжение, и на выходной клемме потенциометра появляется напряжение, пропорциональное углу поворота лопатки, либо движением лопатки можно напрямую регулировать количество впрыскиваемого топлива , как в системе K-Jetronic .
Многие датчики VAF имеют регулировочный винт топливовоздушной смеси, который открывает или закрывает небольшой воздушный проход сбоку от датчика VAF. Этот винт управляет топливно-воздушной смесью, пропуская дозированное количество воздуха мимо воздушной заслонки, тем самым обедняя или обогащая смесь. При повороте винта по часовой стрелке смесь обогащается, а против часовой стрелки – обедняется.
Лопатка движется под действием силы сопротивления воздушного потока; он не измеряет объем или массу напрямую. Сила сопротивления зависит от плотности воздуха (плотность воздуха, в свою очередь, зависит от температуры воздуха), скорости воздуха и формы лопасти, см. уравнение сопротивления . Некоторые датчики VAF включают в себя дополнительный датчик температуры всасываемого воздуха (датчик IAT), позволяющий ЭБУ двигателя рассчитывать плотность воздуха и соответственно подачу топлива.
Подход с крыльчатым счетчиком имеет некоторые недостатки:
Датчик массового расхода воздуха с подогревом определяет массу воздуха, поступающего в систему впуска воздуха двигателя. Принцип работы термоанемометра аналогичен принципу работы термоанемометра ( который определяет скорость воздуха). Это достигается путем нагревания провода, подвешенного в воздушном потоке двигателя, например провода тостера, путем приложения к проводу постоянного напряжения . Электрическое сопротивление провода увеличивается по мере увеличения температуры провода, что приводит к изменению электрического тока, протекающего через цепь, в соответствии с законом Ома . Когда воздух проходит мимо провода, провод охлаждается, уменьшая его сопротивление, что, в свою очередь, позволяет большему току течь через цепь, поскольку напряжение питания является постоянным. По мере протекания большего тока температура провода увеличивается, пока сопротивление снова не достигнет равновесия. Увеличение или уменьшение тока пропорционально массе воздуха, проходящего мимо провода. Интегрированная электронная схема преобразует пропорциональное измерение в пропорциональное напряжение, которое отправляется в ЭБУ. [2]
Если плотность воздуха увеличивается из-за увеличения давления или падения температуры, но объем воздуха остается постоянным, более плотный воздух будет отводить больше тепла от провода, что указывает на более высокий массовый расход воздуха. В отличие от лопастного чувствительного элемента крыльчатого расходомера, провод под напряжением напрямую реагирует на плотность воздуха. Возможности этого датчика хорошо подходят для поддержки процесса сгорания бензина, который в основном реагирует на массу воздуха, а не на объем воздуха. (См. Стехиометрия .)
В этом датчике иногда используется винт смеси, но этот винт полностью электронный и использует переменный резистор (потенциометр) вместо винта перепуска воздуха. Для достижения желаемых результатов винту требуется больше оборотов. В некоторых из этих датчиков используется схема очистки от перегорания проволоки. Реле перегорания подает сильный ток через платиновый нагревательный провод после выключения автомобиля в течение секунды или около того, тем самым сжигая или испаряя любые загрязнения, которые прилипли к платиновому нагревательному проводу.
Датчик массового расхода воздуха с термопленкой работает примерно так же, как датчик массового расхода воздуха с термопроводом, но вместо этого он обычно выдает частотный сигнал. В этом датчике вместо горячей проволоки используется горячая пленочная сетка. [3] Обычно он встречается в автомобилях с впрыском топлива конца 1980-х и начала 1990-х годов. Выходная частота прямо пропорциональна массе воздуха, поступающей в двигатель. Таким образом, по мере увеличения массового расхода увеличивается и частота. Эти датчики имеют тенденцию вызывать периодические проблемы из-за внутренних электрических сбоев. Настоятельно рекомендуется использовать осциллограф для проверки выходной частоты этих датчиков. Искажение частоты также часто встречается, когда датчик начинает выходить из строя. Многие технические специалисты в полевых условиях используют тест постукиванием, который дает очень убедительные результаты. Не все системы HFM выдают частоту. В некоторых случаях этот датчик работает, выдавая регулярный сигнал переменного напряжения.
Микромост использует те же принципы, но расположен на кремниевом чипе. [4]
В двигателях серии GM LS (как и в других) используется система MAF с холодной проволокой (производства AC Delco), которая работает аналогично системе MAF с горячей проволокой; однако он использует дополнительный «холодный» резистор для измерения окружающего воздуха и обеспечивает эталон для «горячего» резисторного элемента, используемого для измерения расхода воздуха. [5]
Сетка на MAF используется для сглаживания воздушного потока, чтобы датчики имели наилучшие шансы на стабильные показания. Он не используется для измерения расхода воздуха как таковой. В ситуациях, когда владельцы используют промасленные воздушные фильтры, излишки масла могут покрыть датчик массового расхода воздуха и исказить его показания. Действительно, компания General Motors выпустила Бюллетень технического обслуживания, в котором указываются проблемы, начиная от неровного холостого хода и заканчивая возможным повреждением трансмиссии в результате загрязнения датчиков. Для очистки деликатных компонентов датчика массового расхода воздуха следует использовать специальный очиститель датчика массового расхода воздуха или очиститель электроники , а не очистители карбюратора или тормозов, которые могут быть слишком агрессивными в химическом отношении. Вместо этого жидкая фаза очистителей датчиков MAF и очистителей электроники обычно основана на гексанах или гептанах с небольшим содержанием спирта или вообще без него, и в качестве аэрозольных пропеллентов используется либо диоксид углерода , либо HFC-152a . Датчики следует осторожно распылять с осторожного расстояния, чтобы избежать их физического повреждения, а затем дать им полностью высохнуть перед повторной установкой. Производители заявляют, что простой, но чрезвычайно надежный тест для обеспечения правильной работы — это постучать по устройству тыльной стороной отвертки во время работы автомобиля, и если это приведет к каким-либо изменениям выходной частоты, то устройство следует выбросить и заменить OEM. установлен.
Вихревой датчик Кармана работает, прерывая воздушный поток перпендикулярной дугой. При условии, что набегающий поток является ламинарным , след состоит из колебательной структуры вихрей Кармана. Частота результирующего рисунка пропорциональна скорости воздуха.
Эти вихри можно либо считывать непосредственно как импульс давления на датчик, либо их можно заставить столкнуться с зеркалом, которое затем прервет или передаст отраженный световой луч для генерации импульсов в ответ на вихри. Первый тип можно использовать только в режиме протяжного воздуха (до турбо- или нагнетателя ), в то время как второй тип теоретически может использоваться в режиме принудительного или протяжного воздуха (до или после применения принудительной индукции, такого как ранее упомянутый супернагнетатель). - или турбокомпрессор ). Вместо выдачи постоянного напряжения, модифицированного коэффициентом сопротивления, этот тип MAF выдает частоту, которая затем должна интерпретироваться ЭБУ. Этот тип MAF можно найти на всех DSM (Mitsubishi Eclipse, Eagle Talon, Plymouth Laser), многих Mitsubishi, некоторых Toyota и Lexus, а также некоторых BMW и других. [6]
Новая технология использует очень тонкую электронную мембрану, помещаемую в поток воздуха. Мембрана имеет тонкопленочный датчик температуры, напечатанный на входной стороне и один на выходной стороне. В центре мембраны встроен нагреватель, который поддерживает постоянную температуру, аналогично методу с горячей проволокой. Без воздушного потока профиль температуры на мембране является однородным. Когда воздух проходит через мембрану, входная сторона охлаждается иначе, чем выходная. Разница между температурой на входе и выходе указывает на массовый расход воздуха. Термомембранный датчик также способен измерять поток в обоих направлениях, что иногда происходит в условиях пульсации. Технический прогресс позволяет производить датчики такого типа в микроскопическом масштабе в виде микросенсоров с использованием технологии микроэлектромеханических систем . Такой микросенсор достигает значительно более высокой скорости и чувствительности по сравнению с макроскопическими подходами. См. также поколения датчиков MEMS .
Элементы ламинарного расхода напрямую измеряют объемный расход газов. Они действуют по принципу, согласно которому при ламинарном потоке разница давлений в трубе линейно пропорциональна скорости потока. Условия ламинарного течения возникают в газе, когда число Рейнольдса газа ниже критического значения. В результате вязкость жидкости должна быть компенсирована. Элементы с ламинарным потоком обычно состоят из большого количества параллельных труб для достижения требуемого номинального расхода.