Принцип работы датчика расхода воздуха MAF Sensor

Датчик массового расхода воздуха (ДМВП) – устройство для определения количества поступающего в двигатель воздуха. Регулятор потока воздуха передает ЭБУ (электронный блок управления) информацию о расходе воздуха, благодаря чему добивается стехиометрического соотношения компонентов топливно-воздушной смеси. Регулятор потока воздуха расположен во впускной системе ДВС. Местом установки является отрезок от воздушного фильтра до дроссельной заслонки.

 

 

Расход воздуха может измеряться:

• механическим расходомером по объему;
• тепловым расходомером по массе;

 

 

Датчик расхода воздуха по объему является механическим объемным расходомером, измеряющим объем воздуха путем оценки перемещения заслонки в пропорциональном отношении той величины, которую имеет воздушный поток. На современных автомобилях не устанавливается.

 

 

Измерение расхода воздуха по массе производит ДМВП (другие названия: термоанемометрический расходомер, датчик массового расхода воздуха). В основе таких устройств лежат терморезисторы. Терморезистор – чувствительный элемент, склонный к нагреву. По этой причине устройство также носит и другое название тепловой расходомер воздуха.

 

 

Как работает датчик массового расхода воздуха

Принцип работы разных типов ДМВП основан на поддержании постоянной температуры терморезистора в результате нагревания электрическим током. Прохождение воздуха через терморезистор вызывает охлаждение нагретого элемента. Массовый расход воздуха измеряется благодаря тому, что преобразователь напряжения производит преобразование тока нагрева в напряжение на выходе. Такое напряжение и массовый расход воздуха имеют нелинейную зависимость. Полученные данные от датчика поступают в ЭБУ двигателя в виде аналогового или цифрового сигнала, зависящего от конструкции датчика. Наиболее широко сегодня применяются устройства плёночного типа.

 

 

В бензиновых силовых агрегатах ДМВП в основном используется для определения момента топливного впрыска и количества подаваемого топлива, момента образования искры системой зажигания. В дизельных двигателях ДМВП определяет время топливного впрыска, а также участвует в регулировании рабочих процессов системы EGR.

 

 

 

Виды датчиков массового расхода воздуха

Большинство датчиков объемного расхода воздуха работают по одному из двух принципов: используется либо принцип подсчета вихрей Кармана (некоторые датчики производства MITSUBISHI, CHRISLER...), либо принцип смещения ползунка потенциометра с помощью лопасти, расположенной в потоке расхода двигателем воздуха. Датчики расхода воздуха, работающие по принципу подсчета вихрей Кармана, обладают высокой надежностью, так как не имеют подвижных механических частей.

 

 

Датчик объемного расхода воздуха, работающий на принципе подсчета вихрей Кармана

Вихревой датчик расхода воздуха использует метод подсчета вихрей Кармана, образующихся в ламинарном воздушном потоке, на пути которого встречается препятствие с острыми кромками. Воздушные вихри срываются с этих кромок с частотой, что линейно зависит от скорости потока. Датчик работает только при условии, что в воздушном потоке возникает турбулентность. Турбулентность в свою очередь возникает только при достаточной скорости потока воздуха. Но при очень высокой скорости потока могут возникать паразитные пульсации давления. Поэтому некоторые датчики этого типа оснащены дополнительным входом для изменения чувствительности измерительного элемента, что необходимо при незначительной скорости потока воздуха через воздухомер, например, при работе двигателя в режиме холостого хода. Первые вихревые датчики использовали ультразвуковой передатчик и ультразвуковой приемопередатчик. Затем появились датчики, использующие метод измерения пульсаций давления по краям кромок, где образуются завихрения воздушного потока. В современных вихревых датчиках расхода воздуха вместо измерения давления пульсаций используется тонкая нагретая нить, по пульсациям температуры которой и подсчитываются вихри Кармана.

 

 

 

 

Датчик объемного расхода воздуха с механическим измерительным потенциометром

Датчики объемного расхода воздуха потенциометрического типа работают по принципу смещения ползунка потенциометра с помощью измерительной лопасти. Они обладают низкой надежностью, поскольку их конструкция включает подвижные механические элементы. Лопата такого датчика упругая и размещена в потоке расхода двигателем воздуха так, что с увеличением потока воздуха лопасть смещается пропорционально потоку. Поток имеет пульсирующий характер, и уменьшение эффекта пульсаций измерительной лопасти спровоцирует пульсацию воздушного потока, так как лопасть датчика соединена с демпфером. С измерительной лопатой механически связан ползунок потенциометра. Мерой объема воздуха, протекающего через датчик, является выходное напряжение этого измерительного потенциометра. Потенциометр измерительного датчика объемного расхода воздуха выполнен на керамической подложке. На подложку нанесены резисторы делителя напряжения, выводы которых размещены в ряд и покрыты контактным резистивным слоем. Ползунок потенциометра прижат к резистивному контактному слою, благодаря чему напряжение на ползунке равно напряжению в точке контакта с резистивным слоем.

 

 

 

 

Датчик массового расхода воздуха Mass Air Flow Sensor (MAF Sensor)

Измерительным элементом датчика массового расхода воздуха является разогретый до заданной температуры проволочный или пленочный элемент. Протекающий поток воздуха охлаждает этот элемент, но электрическая схема (обычно встроенная в расходомер) управляет мощностью его подогрева и разогревает измерительный элемент до его прежней температуры. Чем больше поток воздуха проходит через расходомер, тем больше нужная мощность подогрева для поддержания заданной температуры измерительного элемента. Таким образом, мощность подогрева измерительного элемента расходомера является мерой величины потока воздуха, протекающего через датчик потока. Величина тока подогрева измерительного элемента превращается в выходной сигнал датчика - в большинстве случаев в аналоговое напряжение, в некоторых типах расходомеров в прямоугольное напряжение с изменяющейся частотой.

 

 

Датчик массового расхода воздуха BOSCH HFM5

Выходной сигнал датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5 является напряжением постоянного тока, изменяющегося в диапазоне 0...5V. Напряжение выходного сигнала датчика зависит от величины и направления потока воздуха, проходящего через датчик потока. При нулевой расход воздуха (двигатель остановлен, зажигание включено) выходное напряжение датчика массового расхода воздуха равно 1,00V. Когда двигатель работает, через датчик протекает воздух, и чем больше поток воздуха, тем выше значение выходного напряжения датчика. На определенных режимах работы двигателя могут возникать кратковременные обратные потоки воздуха – когда воздух двигается в направлении от коллектора впускного двигателя к воздушному фильтру. Датчик массового расхода воздуха BOSCH HFM5 способен регистрировать обратные потоки воздуха, при этом выходное его напряжение снижается до значений меньших 1,00 V пропорционально величине обратного потока. Если сигнал от датчика массового расхода воздуха имеет отклонение от нормы, работа двигателя существенно ухудшается – повышается расход топлива, уменьшается "принятость" двигателя, на установившихся режимах работа двигателя становится нестабильной, появляется затрудненный холодный пуск двигателя. Отклонения параметров выходного сигнала могут быть связаны с "ухудшением" характеристик датчика массового расхода воздуха, подсосом "неучтенного" воздуха во впускной тракт, нестабильностью питающего напряжения датчика. В случае попадания на измерительный элемент датчика загрязнений снижается скорость реакции датчика на изменения величины воздушного потока, а также снижается точность измерения, что, в результате, приводит к приготовлению топливовоздушной смеси с неправильным составом. Интенсивное отложение загрязнений на чувствительном элементе датчика может возникнуть вследствие несвоевременной замены воздушного фильтра. Иногда наблюдаются повреждения датчика, когда выходной сигнал постоянно находится в пределах 1,00V и при увеличении потока воздуха изменяется. Двигатель при этом нормально запускается, но сразу глохнет. В большинстве случаев блок управления двигателем может определить только полностью неисправный расходомер. "Ухудшение" характеристик датчика определяется блоком управления довольно редко.