Қозғалтқыш сенсоры: Ауа массасы сенсоры (MAF) жанармай құю жүйесінде ауа мөлшерін өлшейді. Дәлдік үшін температура, қысым ескеріледі. Автокөліктерде маңызды!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ішкі жану қозғалтқышының сенсоры
Internal combustion engine sensor
Массалық (ауа) ағыны сенсоры (МАФ) – отынмен жұмыс істейтін ішкі жану қозғалтқышына кіретін ауаның массалық ағын мөлшерін анықтауға арналған сенсор. Ауа массасы туралы ақпарат қозғалтқышты басқару блогына (ECU) қозғалтқышқа қажетті отын мөлшерін дұрыс теңгеру және жеткізу үшін қажет. Ауаның тығыздығы температура мен қысымға байланысты өзгереді. Автомобильдік қолданыстарда ауа тығыздығы қоршаған ортаның температурасына, биіктігіне және күшті индукцияның қолданылуына байланысты өзгереді, сондықтан әрбір цилиндрге түсетін ауа мөлшерін анықтау үшін массалық ағын сенсорлары көлемдік ағын сенсорларынан тиімді. Автомобильдерде қолданылатын ауа массасының екі негізгі түрі бар: жақтаулы өлшегіш және қыздырылған сым. Ешқайсысы ауа массасын тікелей өлшемейді. Дегенмен, қосымша сенсорлар мен деректерді пайдаланып, қозғалтқыштың ECU кіретін ауаның массалық ағынын анықтай алады. Екі тәсіл де электронды отын шашырату (EFI) қозғалтқыштарында кеңінен қолданылады. Екі сенсордың да дизайны ауа массасының ағын мөлшеріне пропорционалды 0,0–5,0 вольт немесе импульс енінің модуляциясы (PWM) сигналын шығарады, және көптеген сенсорлардың корпусына кіріс ауа температурасы (IAT) сенсоры орнатылған, бұл борттық диагностика жүйесінен кейінгі (OBDII) көліктер үшін міндетті. 1996 жылға дейінгі көліктерде IAT сенсоры жоқ MAF сенсорлары болуы мүмкін, мысалы, 1994 жылғы Infiniti Q45. MAF сенсоры оттегі сенсорымен бірге қолданылғанда, қозғалтқыштың ауа/отын қатынасын өте дәл реттеуге болады. MAF сенсоры ECU-ға ашық циклді басқарушының болжамды ауа ағыны туралы ақпаратты (өлшенген ауа ағыны) береді, ал оттегі сенсоры болжамды ауа массасына ұсақ түзетулер енгізу үшін жабық циклді кері байланыс береді. Сондай-ақ, коллектордың абсолюттік қысым сенсоры (MAP сенсоры) туралы да қараңыз. 2012 жылдан бастап кейбір MAF сенсорларына ылғалдылық сенсоры да қосылған.
A mass (air) flow sensor (MAF) is a sensor used to determine the mass flow rate of air entering a fuel injected internal combustion engine. The air mass information is necessary for the engine control unit (ECU) to balance and deliver the correct fuel mass to the engine. Air changes its density with temperature and pressure. In automotive applications, air density varies with the ambient temperature, altitude and the use of forced induction, which means that mass flow sensors are more appropriate than volumetric flow sensors for determining the quantity of intake air in each cylinder. There are two common types of mass airflow sensors in use on automotive engines. These are the vane meter and the hot wire. Neither design employs technology that measures air mass directly. However, with additional sensors and inputs, an engine's ECU can determine the mass flow rate of intake air. Both approaches are used almost exclusively on electronic fuel injection (EFI) engines. Both sensor designs output a 0.0–5.0 volt or a pulse width modulation (PWM) signal that is proportional to the air mass flow rate, and both sensors have an intake air temperature (IAT) sensor incorporated into their housings for most post on board diagnostics (OBDII) vehicles. Vehicles prior to 1996 could have MAF without an IAT. An example is 1994 Infiniti Q45. When a MAF sensor is used in conjunction with an oxygen sensor, the engine's air/fuel ratio can be controlled very accurately. The MAF sensor provides the open loop controller predicted air flow information (the measured air flow) to the ECU, and the oxygen sensor provides closed loop feedback in order to make minor corrections to the predicted air mass. Also see manifold absolute pressure sensor (MAP sensor). Since around 2012, some MAF sensors include a humidity sensor.
Ыстық сым сенсоры (MAF)
Ыстық сымды массалық ауа ағыны сенсоры қозғалтқыштың ауа қабылдау жүйесіне келіп түсетін ауаның массасын анықтайды. Ыстық сымды массалық ауа ағыны сенсорының жұмыс принципі ыстық сымды анемометріне (ауа жылдамдығын анықтайтын құрал) ұқсас. Бұл, қозғалтқыштың ауа ағынындағы сымды, тостердегі сым сияқты, сымға тұрақты кернеу беріп қыздыру арқылы жүзеге асырылады. Сымның температурасы жоғарылаған сайын оның электрлік кедергісі артады, бұл Ом заңына сәйкес тізбек арқылы өтетін электр тогын өзгертеді. Ауа сымнан өтетін кезде, сым салқындайды, кедергісі төмендейді, нәтижесінде тізбек арқылы көбірек ток өтеді, себебі берілетін кернеу тұрақты. Ток көбейген сайын сымның температурасы тепе-теңдікке жеткенше артады. Ток мөлшерінің өсуі немесе азаюы сымнан өтетін ауа массасына пропорционалды. Интегралдық электрондық схема пропорционалды өлшемді пропорционалды кернеуге түрлендіріп, ЭБУ-ға жібереді. Егер қысымның артуы немесе температураның төмендеуі салдарынан ауа тығыздығы артса, ал ауа көлемі өзгермесе, тығыз ауа сымнан көбірек жылуды алып, ауа ағынының массасы жоғары екенін көрсетеді. Ыстық сым ауа тығыздығына тікелей жауап береді, бұл фланцтық өлшегіштің жапырақты сенсор элементінен өзгеше. Бұл сенсордың мүмкіндіктері жанармайдың жану процесін қолдауға өте ыңғайлы, себебі ол негізінен ауа көлеміне емес, ауа массасына жауап береді. (Стейхиометрияға қараңыз.) Бұл сенсор кейде араласу бұрандасын қолданады, бірақ бұл бұранда толыққанды электронды және ауа өткізу бұрандасының орнына өзгермелі резисторды (потенциометрді) пайдаланады. Бұранданы қажетті нәтижеге жеткізу үшін көбірек айналдыру қажет. Кейбір сенсорларда ыстық сымды тазарту тізбесі қолданылады. Жану релесі көлік бір секундқа немесе одан да көп уақытқа сөндірілгеннен кейін платиналық ыстық сым арқылы жоғары ток жіберіп, платиналық ыстық сым элементіне жабысқан ластануларды өртеп немесе буландырады. Ыстық пленкалы MAF сенсоры ыстық сымды MAF сенсорына ұқсас жұмыс істейді, бірақ оның орнына әдетте жиілік сигналын шығарады. Бұл сенсор ыстық сымның орнына ыстық пленкалық торды пайдаланады. Ол көбінесе 1980 жылдардың соңы мен 1990 жылдардың басындағы жанармай инжекторлы көліктерде кездеседі. Шығыс жиілігі қозғалтқышқа кіретін ауа массасына тікелей пропорционалды. Демек, массалық ағын артқан сайын жиілік те артады. Бұл сенсорлар ішкі электрлік ақауларға байланысты үзіліспен проблемалар тудыруы мүмкін. Осы сенсорлардың шығыс жиілігін тексеру үшін осциллоскопты пайдалану ұсынылады. Сенсордың істен шығуы жиілік бұрмалануына да себеп болуы мүмкін. Көптеген техникалар сынақ кезінде нақты нәтиже беретін «соққы» әдісін қолданады. Барлық HFM жүйелері жиілікті шығармайды. Кейбір жағдайларда бұл сенсор тұрақты өзгермелі кернеу сигналын шығару арқылы жұмыс істейді. Микрокөпірде де сол принциптер қолданылады, бірақ олар кремнийлі микросхемаға орналастырылған.
A hot wire mass airflow sensor determines the mass of air flowing into the engine's air intake system. The theory of operation of the hot wire mass airflow sensor is similar to that of the hot wire anemometer (which determines air velocity). This is achieved by heating a wire suspended in the engine's air stream, like a toaster wire, by applying a constant voltage over the wire. The wire's electrical resistance increases as the wire's temperature increases, which varies the electrical current flowing through the circuit, according to Ohm's law. When air flows past the wire, the wire cools, decreasing its resistance, which in turn allows more current to flow through the circuit, since the supply voltage is a constant. As more current flows, the wire's temperature increases until the resistance reaches equilibrium again. The current increase or decrease is proportional to the mass of air flowing past the wire. The integrated electronic circuit converts the proportional measurement into a proportional voltage which is sent to the ECU. If air density increases due to pressure increase or temperature drop, but the air volume remains constant, the denser air will remove more heat from the wire indicating a higher mass airflow. Unlike the vane meter's paddle sensing element, the hot wire responds directly to air density. This sensor's capabilities are well suited to support the gasoline combustion process which fundamentally responds to air mass, not air volume. (See stoichiometry.) This sensor sometimes employs a mixture screw, but this screw is fully electronic and uses a variable resistor (potentiometer) instead of an air bypass screw. The screw needs more turns to achieve the desired results. A hot wire burn off cleaning circuit is employed on some of these sensors. A burn off relay applies a high current through the platinum hot wire after the vehicle is turned off for a second or so, thereby burning or vaporizing any contaminants that have stuck to the platinum hot wire element. The hot film MAF sensor works somewhat similar to the hot wire MAF sensor, but instead it usually outputs a frequency signal. This sensor uses a hot film grid instead of a hot wire. It is commonly found in late 1980s and early 1990s fuel injected vehicles. The output frequency is directly proportional to the air mass entering the engine. So as mass flow increases so does frequency. These sensors tend to cause intermittent problems due to internal electrical failures. The use of an oscilloscope is strongly recommended to check the output frequency of these sensors. Frequency distortion is also common when the sensor starts to fail. Many technicians in the field use a tap test with very conclusive results. Not all HFM systems output a frequency. In some cases, this sensor works by outputting a regular varying voltage signal. A micro bridge uses the same principles but arranged on a silicon chip.
Суық сымдық сенсор
GM LS қозғалтқыш сериясы (сондай-ақ басқалары) AC Delco өндіретін суық сымды MAF жүйесін пайдаланады. Бұл жүйе ыстық сымды MAF жүйесіне ұқсас; алайда, ол ауаның температурасын өлшеу үшін қосымша "суық" резисторды қолданады және ауа ағынын өлшеуге арналған "ыстық" резистор элементі үшін анықтама береді. MAF-тағы тор ауа ағынын тегістеу үшін қолданылады, сенсорлардың тұрақты көрсеткіштер алуына мүмкіндік береді. Ол ауа ағынын тікелей өлшеу үшін емес. Егер иелері майланған матадан жасалған ауа сүзгілерін қолданса, артық май MAF сенсорына жабысып, оның көрсеткіштерін бұрмалауы мүмкін. Шындығында, General Motors техникалық қызмет көрсету туралы хабарлама шығарды, онда ластанған сенсорлар салдарынан дұрыс жұмыс істемеуден бастап, тіпті беріліс зақымдануына дейін болатын мәселелер көрсетілген. MAF сенсорының нәзік бөліктерін тазалау үшін карбюратор тазалағыштарын немесе тежегіш тазалағыштарын емес, MAF сенсоры немесе электроника тазалағыштарын пайдалану керек, себебі олар химиялық тұрғыдан тым агрессивті болуы мүмкін. Керісінше, MAF сенсоры және электроника тазалағыштарының сұйық фазасы көбінесе гексан немесе гептан негізінде жасалады, алкогольдің мөлшері азы немесе мүлдем жоқ және аэрозольдік пропеллент ретінде көмірқышқыл газы немесе HFC 152a қолданылады. Сенсорларды физикалық зақымдамау үшін оларды сақтықпен біршама қашықтықтан жұмсақ шашып, қайта орнату алдында толығымен кептіру керек. Өндірушілердің пікірінше, дұрыс жұмыс істеуін тексерудің қарапайым, бірақ өте сенімді тәсілі – автомобиль іске қосылғанда, сенсордың артқы жағымен бұрауыштың сабымен соғу. Егер бұл шығыс жиілігінде өзгерістерге әкелсе, сенсорды ауыстырып, OEM-ге ұқсас жаңасын орнату керек.
The GM LS engine series (as well as others) use a coldwire MAF system (produced by AC Delco) that works similarly to the hot wire MAF system; however, it uses an additional "cold" resistor to measure the ambient air and provide a reference for the "hot" resistor element used to measure the air flow. The mesh on the MAF is used to smooth out airflow to ensure the sensors have the best chance of a steady reading. It is not used for measuring the air flow per se. In situations where owners use oiled gauze air filters, it is possible for excess oil to coat the MAF sensor and skew its readings. Indeed, General Motors has issued a Technical Service Bulletin, indicating problems from rough idle all the way to possible transmission damage resulting from the contaminated sensors. To clean the delicate MAF sensor components, a specific MAF sensor cleaner or electronics cleaner should be used, not carburetor or brake cleaners, which can be too aggressive chemically. Instead, the liquid phase of MAF sensor cleaners and electronics cleaners is typically based on hexanes or heptanes with little to no alcohol content and use either carbon dioxide or HFC 152a as aerosol propellants. The sensors should be gently sprayed from a careful distance to avoid physically damaging them and then allowed to thoroughly dry before reinstalling. Manufacturers claim that a simple but extremely reliable test to ensure correct functionality is to tap the unit with the back of a screwdriver while the car is running, and if this causes any changes in the output frequency then the unit should be discarded and an OEM replacement installed.
Карман орам сенсоры
Карманды айналым сенсоры ауа ағынын тік бұрыштық тосқауылмен бұзады. Егер кіріс ағыны ламинарлы болса, оның артында Карман орамдарының тербеліс үлгісі пайда болады. Пайда болған үлгінің жиілігі ауа жылдамдығына пропорционалды. Бұл орамдар сенсорға қысым импульсі ретінде тікелей оқылуы мүмкін, немесе олар айнаға соқтығысып, айна шағылысқан жарық сәулесін үзіп немесе өткізіп, орамдарға жауап ретінде импульстарды тудыруы мүмкін. Бірінші тип тек ауаны сору арқылы (турбо немесе суперчарджер алдында) қолданылады, ал екінші тип теориялық тұрғыдан ауаны сору немесе үрлеу арқылы (айтылған супер немесе турбочарджер сияқты күшті индукциядан бұрын немесе кейін) қолданылуы мүмкін. Бұл типтегі MAF кедергілік коэффициентімен өзгертілген тұрақты кернеуді шығарудың орнына, жиілікті шығарады, оны ЭБУ (электрондық басқару блогы) түсіндіруі керек. Осы типтегі MAF барлық DSM (Mitsubishi Eclipse, Eagle Talon, Plymouth Laser) модельдерінде, көптеген Mitsubishi, кейбір Toyota және Lexus, сондай-ақ BMW автомобильдерінде кездеседі.
A Kármán vortex sensor works by disrupting the air stream with a perpendicular bow. Providing that the incoming flow is laminar, the wake consists of an oscillatory pattern of Kármán vortices. The frequency of the resulting pattern is proportional to the air velocity. These vortices can either be read directly as a pressure pulse against a sensor, or they can be made to collide with a mirror which will then interrupt or transmit a reflected light beam to generate the pulses in response to the vortices. The first type can only be used in pull thru air (prior to a turbo or supercharger), while the second type could theoretically be used push or pull thru air (before or after a forced induction application like the previously mentioned super or turbocharger). Instead of outputting a constant voltage modified by a resistance factor, this type of MAF outputs a frequency which must then be interpreted by the ECU. This type of MAF can be found on all DSMs (Mitsubishi Eclipse, Eagle Talon, Plymouth Laser), many Mitsubishis, some Toyotas and Lexus, and some BMWs, among others.
Мембраналық сенсор
Жаңа технология ауа ағынына орналастырылған өте жұқа электрондық мембрананы қолданады. Мембрананың ағынға қарайтын жағында және ағыннан шығатын жағында жұқа пленкалы температура сенсоры орналасқан. Мембрананың ортасына қыздырғыш енгізілген, ол қыздыру сымы тәрізді тұрақты температураны сақтайды. Ауа ағыны болмағанда мембранадағы температура профилі біркелкі болады. Ауа мембрана арқылы өтетін кезде, ағынға қарайтын жағы ағыннан шығатын жағынан әртүрлі салқындайды. Ағынға қарайтын және ағыннан шығатын жақтардың температурасы арасындағы айырмашылық ауа массасының ағынын көрсетеді. Термиялық мембраналық сенсор ағынды екі бағытта да өлшеуге қабілетті, бұл пульстік жағдайларда кездесуі мүмкін. Технологиялық прогресс микроэлектромеханикалық жүйелер технологиясын пайдалана отырып, осындай сенсорларды микроскоптық деңгейде микросенсорлар ретінде жасауға мүмкіндік береді. Мұндай микросенсор макроскопиялық тәсілдермен салыстырғанда едәуір жоғары жылдамдық пен сезімталдыққа ие. Сондай-ақ MEMS сенсорларының буындарын қараңыз.
An emerging technology utilizes a very thin electronic membrane placed in the air stream. The membrane has a thin film temperature sensor printed on the upstream side, and one on the downstream side. A heater is integrated in the center of the membrane which maintains a constant temperature similar to the hot wire approach. Without any airflow, the temperature profile across the membrane is uniform. When air flows across the membrane, the upstream side cools differently from the downstream side. The difference between the upstream and downstream temperature indicates the mass airflow. The thermal membrane sensor is also capable of measuring flow in both directions, which sometimes occur in pulsating situations. Technological progress allows this kind of sensor to be manufactured on the microscopic scale as microsensors using microelectromechanical systems technology. Such a microsensor reaches a significantly higher speed and sensitivity compared with macroscopic approaches. See also MEMS sensor generations.
Ламинарлы ағын элементтері
Ламинарлы ағын элементтері газдардың көлемдік ағынын тікелей өлшейді. Олар ламинарлы ағын болған жағдайда, құбырдың бойындағы қысымның айырмашылығы ағын жылдамдығына тура пропорционал болатын қағида бойынша жұмыс істейді. Газдың Рейнольдс саны шекті мәннен төмен болғанда ламинарлы ағын жағдайлары орын алады. Нәтижеде сұйықтың тұтқырлығы ескерілуі керек. Ламинарлы ағын элементтері көбінесе қажетті ағын мөлшерін қамтамасыз ету үшін көптеген параллель құбырлардан жасалады.
Laminar flow elements measure the volumetric flow of gases directly. They operate on the principle that, given laminar flow, the pressure difference across a pipe is linearly proportional to the flow rate. Laminar flow conditions are present in a gas when the Reynolds number of the gas is below the critical figure. The viscosity of the fluid must be compensated for in the result. Laminar flow elements are usually constructed from a large number of parallel pipes to achieve the required flow rating.