Принцип роботи датчика витрати повітря MAF Sensor

Датчик масової витрати повітря (ДМВП) – пристрій для визначення кількості повітря, що надходить у двигун. Регулятор потоку повітря передає ЕБУ (електронний блок управління) інформацію про витрату повітря, завдяки чому вдається досягти стехіометричного співвідношення компонентів паливно-повітряної суміші. Регулятор потоку повітря розташований у впускній системі ДВЗ. Місцем установки є відрізок від повітряного фільтра до дросельної заслінки.

 

 

Витрата повітря може вимірюватися:

• механічним витратоміром за об'ємом;
• тепловим витратоміром за масою;

 

 

Датчик витрат повітря за об'ємом є механічним об'ємним витратоміром, який вимірює об'єм повітря шляхом оцінки переміщення заслінки у пропорційному відношенні до тієї величини, яку має повітряний потік. На сучасних автомобілях не встановлюється.

 

 

Вимірювання витрати повітря за масою виконує ДМВП (інші назви: термоанемометричний витратомір, датчик масової витрати повітря). В основі таких пристроїв лежать терморезистори. Терморезистор – чутливий елемент, який схильний до нагрівання. З цієї причини пристрій також має і іншу назву тепловий витратомір повітря.

 

 

Як працює датчик масової витрати повітря

Принцип роботи різних типів ДМВП заснований на підтримці постійної температури терморезистора в результаті нагрівання електричним струмом. Проходження повітря через терморезистор викликає охолодження нагрітого елемента. Масова витрата повітря вимірюється завдяки тому, що перетворювач напруги здійснює перетворення струму нагріву в напругу на виході. Така напруга і масова витрата повітря мають нелінійну залежність. Отримані дані від датчика надходять в ЕБУ двигуна у вигляді аналогового або цифрового сигналу, що залежить від конструкції датчика. Найбільш широко сьогодні застосовуються пристрої плівкового типу.

 

 

У бензинових силових агрегатах ДМВП в основному використовується для визначення моменту паливного вприскування і кількості подаваного палива, моменту утворення іскри системою запалювання. У дизельних двигунах ДМВП визначає час паливного вприскування, а також бере участь в регулюванні робочих процесів системи EGR.

 

 

 

Види датчиків масової витрати повітря

Більшість датчиків об'ємної витрати повітря працюють за одним із двох принципів: використовується або принцип підрахунку вихорів Карману (деякі датчики виробництва MITSUBISHI, CHRISLER...), або принцип зміщення повзунка потенціометра з допомогою лопаті, розташованої в потоці витрати двигуном повітря. Датчики витрати повітря, що працюють за принципом підрахунку вихорів Карману, мають високу надійність, тому що не мають рухомих механічних частин.

 

 

Датчик об'ємної витрати повітря, що працює на принципі підрахунку вихорів Кармана

Вихровий датчик витрати повітря використовує метод підрахунку вихорів Кармана які утворюються в ламінарному повітряному потоці, на шляху якого зустрічається перешкода з гострими кромками. Повітряні вихори зриваються з цих кромок із частотою, що лінійно залежить від швидкості потоку. Датчик працює лише за умови, що у повітряному потоці виникає турбулентність. Турбулентність у свою чергу виникає лише за достатньої швидкості потоку повітря. Але за дуже високої швидкості потоку можуть виникати паразитні пульсації тиску. Тому деякі датчики цього типу оснащені додатковим входом для зміни чутливості вимірювального елемента, що необхідно за умови незначної швидкості потоку повітря через повітромір, наприклад, при роботі двигуна в режимі холостого ходу. Перші вихрові датчики використовували ультразвуковий передавач та ультразвуковий приймач. Потім з'явилися датчики, що використовують метод вимірювання пульсацій тиску по краях кромок, де утворюються завихрення повітряного потоку. У сучасних вихрових датчиках витрати повітря замість вимірювання тиску пульсацій використовується тонка нагріта нитка, за пульсаціями температури якої і підраховуються вихори Кармана.

 

 

 

 

 

Датчик об'ємної витрати повітря з механічним вимірювальним потенціометром

Датчики об'ємної витрати повітря потенціометричного типу працюють за принципом зміщення повзунка потенціометра з допомогою вимірювальної лопаті. Вони мають низьку надійність, оскільки їхня конструкція включає рухомі механічні елементи. Лопата такого датчика пружна і розміщена в потоці витрати двигуном повітря так, що зі збільшенням потоку повітря лопать зміщується пропорційно потоку. Потік має пульсуючий характер, і зменшення ефекту пульсацій вимірювальної лопаті спровокує пульсації повітряного потоку, бо лопать датчика з'єднана з демпфером. З вимірювальною лопатою механічно пов'язаний повзунок потенціометра. Мірою об'єму повітря, що протікає через датчик, є вихідна напруга цього вимірювального потенціометра. Потенціометр вимірювального датчика об'ємної витрати повітря виконаний на керамічній підкладці. На підкладку нанесені резистори дільника напруги, висновки яких розміщені в ряд і покриті резистивним контактним шаром. Повзунок потенціометра притиснутий до резистивного контактного шару, завдяки чому напруга на повзунці дорівнює напрузі в точці контакту з резистивним шаром.

 

 

 

 

Датчик масової витрати повітря Mass Air Flow Sensor (MAF Sensor)

Вимірювальним елементом датчика масової витрати повітря є розігрітий до певної заданої температури дротяний або плівковий елемент. Потік повітря, що протікає, охолоджує цей елемент, але електрична схема (зазвичай, вбудована у витратомір) керує потужністю його підігріву і розігріває вимірювальний елемент до його колишньої температури. Чим більший потік повітря проходить через витратомір, тим більша потрібна потужність підігріву для підтримки заданої температури вимірювального елемента. Таким чином, потужність підігріву вимірювального елемента витратоміра є мірою величини потоку повітря, що протікає через датчик потоку. Величина струму підігріву вимірювального елемента перетворюється на вихідний сигнал датчика - в більшості випадків в аналогову напругу, в деяких типах витратомірів в прямокутну напругу з частотою, що змінюється.

 

 

Датчик масової витрати повітря BOSCH HFM5

Вихідний сигнал датчика масової витрати повітря BOSCH HFM5 є напругою постійного струму, що змінюється в діапазоні 0....5V. Напруга вихідного сигналу датчика залежить від величини і напрямку потоку повітря, що проходить через датчик потоку. При нульовій витраті повітря (двигун зупинено, запалення включено) вихідна напруга датчика масової витрати повітря дорівнює 1,00V. Коли двигун працює, через датчик протікає повітря, і що більший потік повітря, то вище значення вихідної напруги датчика. На певних режимах роботи двигуна можуть виникати короткочасні зворотні потоки повітря - коли повітря рухається у напрямку від колектора впускного двигуна до повітряного фільтра. Датчик масової витрати повітря BOSCH HFM5 здатний реєструвати зворотні потоки повітря, при цьому його вихідна напруга знижується до значень менших 1,00 V пропорційно величині зворотного потоку. Якщо сигнал від датчика масової витрати повітря має відхилення від норми, робота двигуна суттєво погіршується - підвищується витрата палива, зменшується "прийнятість" двигуна, на усталених режимах робота двигуна стає нестабільною, з'являється утруднений холодний пуск двигуна. Відхилення параметрів вихідного сигналу можуть бути пов'язані з "погіршенням" характеристик датчика масової витрати повітря, підсмоктуванням "неврахованого" повітря у впускний тракт, нестабільністю напруги живлення датчика. У разі попадання на вимірювальний елемент датчика забруднень, знижується швидкість реакції датчика на зміни величини повітряного потоку, а також знижується точність вимірювання, що, в результаті, призводить до приготування паливоповітряної суміші з неправильним складом. Інтенсивне відкладення забруднень на чутливому елементі датчика може виникнути внаслідок невчасної заміни повітряного фільтра. Іноді спостерігаються пошкодження датчика, коли вихідний сигнал постійно перебуває в межах 1,00V і зі збільшенням потоку повітря змінюється. Двигун при цьому нормально запускається, але одразу глухне. У більшості випадків блок керування двигуном може визначити лише повністю несправний витратомір. "Погіршення" характеристик датчика визначаються блоком управління доволі рідко.