.jpg/1280px-Bosch_Mass_Air_Flow_Sensor_location_in_the_engine_bay_(Opel_Antara_2.0_CDTI).jpg)
Датчик массового расхода воздуха ( ДМРВ ) — это датчик, используемый для определения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания с впрыском топлива .
Информация о массе воздуха необходима для блока управления двигателем (ECU) для балансировки и подачи правильной массы топлива в двигатель. Воздух изменяет свою плотность в зависимости от температуры и давления. В автомобильных приложениях плотность воздуха меняется в зависимости от температуры окружающей среды , высоты и использования принудительной индукции , что 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 расходомер и датчик с горячей проволокой. Ни одна из конструкций не использует технологию, которая измеряет массу воздуха напрямую. 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). Оба датчика выдают сигнал 0,0–5,0 вольт или широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который пропорционален массовому расходу воздуха, и оба датчика имеют датчик температуры всасываемого воздуха (IAT), встроенный в их корпуса для большинства автомобилей с пост -бортовой диагностикой (OBDII). Автомобили до 1996 года могли иметь MAF без IAT. Примером может служить Infiniti Q45 1994 года .
Когда датчик MAF используется вместе с датчиком кислорода , соотношение воздуха и топлива в двигателе можно контролировать очень точно. Датчик MAF предоставляет контроллеру открытого контура прогнозируемую информацию о расходе воздуха (измеренный расход воздуха) в ЭБУ, а датчик кислорода обеспечивает обратную связь с замкнутым контуром для внесения небольших поправок в прогнозируемую массу воздуха. Также см. датчик абсолютного давления в коллекторе ( датчик MAP ). Примерно с 2012 года некоторые датчики MAF включают в себя датчик влажности . [1]
Датчик VAF (вентиляторный воздушный поток) измеряет импульс воздушного потока в двигатель с помощью подпружиненной воздушной лопасти (заслонки/дверцы), прикрепленной к переменному резистору ( потенциометру ). Лопасть движется пропорционально импульсу воздушного потока. Напряжение подается на потенциометр, и на выходной клемме потенциометра появляется напряжение, пропорциональное углу поворота лопасти, или движение лопасти может напрямую регулировать количество впрыскиваемого топлива , как в системе K-Jetronic .
Многие датчики VAF имеют винт регулировки воздушно-топливной смеси, который открывает или закрывает небольшой воздушный проход сбоку датчика VAF. Этот винт регулирует воздушно-топливную смесь, пропуская дозированное количество воздуха через воздушную заслонку, тем самым обедняя или обогащая смесь. При повороте винта по часовой стрелке смесь обогащается, а против часовой стрелки — обедняется.
Лопасть движется из-за силы сопротивления потока воздуха, действующей на нее; она 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), чтобы позволить ЭБУ двигателя рассчитывать плотность воздуха и подачу топлива соответственно.
Подход с использованием крыльчатого расходомера имеет некоторые недостатки:
Датчик массового расхода воздуха с горячей проволокой определяет массу воздуха, поступающего в систему впуска воздуха двигателя. Теория работы датчика массового расхода воздуха с горячей проволокой аналогична теории работы анемометра с горячей проволокой (определяющего скорость воздуха). Это достигается путем нагревания проволоки, подвешенной в воздушном потоке двигателя, как нить тостера, путем подачи постоянного напряжения на проволоку. Электрическое сопротивление проволоки увеличивается по мере увеличения температуры проволоки, что изменяет электрический ток , протекающий по цепи, в соответствии с законом Ома . Когда воздух проходит мимо проволоки, проволока охлаждается, уменьшая свое сопротивление, что, в свою очередь, позволяет большему току протекать по цепи, поскольку напряжение питания является постоянным. По мере того, как течет больше тока, температура проволоки увеличивается, пока сопротивление снова не достигнет равновесия. Увеличение или уменьшение тока пропорционально массе воздуха, протекающего мимо проволоки. Интегрированная электронная схема преобразует пропорциональное измерение в пропорциональное напряжение, которое отправляется в ЭБУ. [2]
Если плотность воздуха увеличивается из-за повышения давления или падения температуры, но объем воздуха остается постоянным, более плотный воздух будет отводить больше тепла от провода, указывая на более высокий массовый расход воздуха. В отличие от чувствительного элемента лопастного расходомера, горячая проволока реагирует непосредственно 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. стехиометрию .)
Этот датчик иногда использует винт смеси, но этот винт полностью электронный и использует переменный резистор (потенциометр) вместо винта перепуска воздуха. Винт требует больше оборотов для достижения желаемых результатов. В некоторых из этих датчиков используется схема очистки с выжиганием горячей проволоки. Реле выжигания подает высокий ток через платиновую горячую проволоку после того, как автомобиль выключается на секунду или около того, тем самым сжигая или испаряя любые загрязнения, которые прилипли к платиновому элементу с горячей проволокой.
Датчик MAF с горячей пленкой работает примерно так же, как датчик MAF с горячей проволокой, но вместо этого он обычно выдает частотный сигнал. Этот датчик использует горячую пленочную сетку вместо горячей проволоки. [3] Он обычно встречается в автомобилях с впрыском топлива конца 1980-х и начала 1990-х годов. Выходная частота прямо пропорциональна массе воздуха, поступающего в двигатель. Поэтому с увеличением массового расхода увеличивается и частота. Эти датчики, как правило, вызывают периодические проблемы из-за внутренних электрических сбоев. Настоятельно рекомендуется использовать осциллограф для проверки выходной частоты этих датчиков. Искажение частоты также является обычным явлением, когда датчик начинает выходить из строя. Многие специалисты в этой области используют проверку постукиванием с очень убедительными результатами. Не все системы HFM выдают частоту. В некоторых случаях этот датчик работает, выдавая регулярный изменяющийся сигнал напряжения.
Микромост использует те же принципы, но размещен на кремниевом чипе. [4]
В двигателях серии GM LS (а также в других) используется система MAF с холодной проволокой (производства AC Delco), которая работает аналогично системе MAF с горячей проволокой; однако она использует дополнительный «холодный» резистор для измерения окружающего воздуха и обеспечивает опорный элемент для «горячего» резистора, используемого для измерения расхода воздуха. [5]
Сетка на MAF используется для сглаживания воздушного потока, чтобы гарантировать, что датчики имеют наилучшие шансы на устойчивые показания. Она не используется для измерения воздушного потока как такового. В ситуациях, когда владельцы используют воздушные фильтры с промасленной марлей, избыточное масло может покрыть датчик MAF и исказить его показания. Действительно, General Motors выпустила Технический сервисный бюллетень, в котором указаны проблемы от грубого холостого хода вплоть до возможного повреждения трансмиссии в результате загрязненных датчиков. Для очистки деликатных компонентов датчика MAF следует использовать специальный очиститель датчика MAF или очиститель электроники , а не очистители карбюратора или тормозов, которые могут быть слишком агрессивными в химическом отношении. Вместо этого жидкая фаза очистителей датчика MAF и очистителей электроники обычно основана на гексанах или гептанах с небольшим содержанием спирта или без него и использует либо диоксид углерода , либо HFC-152a в качестве аэрозольных пропеллентов . Датчики следует осторожно распылять с осторожного расстояния, чтобы не повредить их физически, а затем дать им полностью высохнуть перед повторной установкой. Производители утверждают, что простой, но чрезвычайно надежный способ проверки правильности работы — постучать по блоку тыльной стороной отвертки во время работы автомобиля. Если это приведет к каким-либо изменениям выходной частоты, блок следует выбросить и установить замену от оригинального производителя.
Датчик вихрей Кармана работает, разрывая поток воздуха перпендикулярной дугой. При условии, что входящий поток ламинарный , след состоит из колебательного рисунка вихрей Кармана. Частота результирующего рисунка пропорциональна скорости воздуха.
Эти вихри могут быть либо считаны непосредственно как импульс давления на датчике, либо они могут быть столкновены с зеркалом, которое затем будет прерывать или передавать отраженный световой луч для генерации импульсов в ответ на вихри. Первый тип может использоваться только в pull-thru воздухе (до турбо- или нагнетателя ), в то время как второй тип теоретически может использоваться push- или pull-thru воздухе (до или после применения принудительной индукции, как ранее упомянутый super- или turbocharger ). Вместо того, чтобы выводить постоянное напряжение, измененное коэффициентом сопротивления, этот тип MAF выводит частоту, которая затем должна интерпретироваться ECU. 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, помещенную в поток воздуха. Мембрана имеет тонкопленочный температурный датчик, напечатанный на стороне входа, и один на стороне выхода. В центре мембраны встроен нагреватель, который поддерживает постоянную температуру, аналогичную подходу с горячей проволокой. Без какого-либо потока воздуха температурный профиль по всей мембране является однородным. Когда воздух протекает через мембрану, сторона входа охлаждается иначе, чем сторона выхода. Разница между температурой входа и выхода указывает на массовый поток воздуха. Датчик тепловой мембраны также способен измерять поток в обоих направлениях, что иногда происходит в пульсирующих ситуациях. Технический прогресс позволяет изготавливать этот тип датчика в микроскопическом масштабе в виде микродатчиков с использованием технологии микроэлектромеханических систем . Такой микродатчик достигает значительно более высокой скорости и чувствительности по сравнению с макроскопическими подходами. См. также Поколения датчиков MEMS .
Элементы ламинарного потока измеряют объемный расход газов напрямую. Они работают по принципу, что при ламинарном потоке разница давлений в трубе линейно пропорциональна скорости потока. Условия ламинарного потока присутствуют в газе, когда число Рейнольдса газа ниже критического значения. В результате должна быть компенсирована вязкость жидкости. Элементы ламинарного потока обычно изготавливаются из большого количества параллельных труб для достижения требуемого расхода.