Введение

Датчик массового (воздушного) потока (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 правильного количества топлива в двигатель. Воздух меняет свою плотность в зависимости от температуры и давления. В автомобильных применениях плотность воздуха изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, высоты и использования наддува, что означает, что датчики массового расхода более подходят, чем датчики объемного расхода, для определения количества воздуха, поступающего в каждый цилиндр. Существует два распространенных типа датчиков массового расхода воздуха, используемых в автомобильных двигателях: лопаточный датчик и датчик с горячей нитью. Ни одна из этих конструкций не использует технологию, которая измеряет массу воздуха напрямую. Однако, с помощью дополнительных датчиков и входных данных, ECU двигателя может определять массовый расход всасываемого воздуха. Оба подхода используются практически исключительно в двигателях с электронным впрыском топлива (EFI). Оба датчика выдают сигнал напряжением 0,0–5,0 вольт или с широтно-импульсной модуляцией (PWM), пропорциональный массовому расходу воздуха, и оба датчика имеют встроенный датчик температуры воздуха на впуске (IAT) в своих корпусах для большинства автомобилей с бортовой диагностикой (OBDII). Автомобили, выпущенные до 1996 года, могли быть оснащены MAF без IAT. Примером является Infiniti Q45 1994 года выпуска. При использовании датчика MAF в сочетании с датчиком кислорода, соотношение воздух/топливо в двигателе может контролироваться с высокой точностью. Датчик MAF передает в ECU прогнозируемые данные о расходе воздуха (измеренный расход воздуха) от разомкнутого контура управления, а датчик кислорода обеспечивает обратную связь по замкнутому контуру для внесения незначительных корректировок в прогнозируемую массу воздуха. См. также датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP-датчик). Начиная примерно с 2012 года, некоторые датчики MAF включают датчик влажности.

датчик горячего провода (MAF)

Датчик массы воздушного потока с горячей проволокой определяет массу воздуха, поступающего в систему впуска двигателя. Принцип работы датчика массы воздушного потока с горячей проволокой аналогичен принципу работы анемометра с горячей проволокой (который определяет скорость воздуха). Это достигается путем нагрева проволоки, подвешенной в воздушном потоке двигателя, подобно спирали тостера, путем подачи на нее постоянного напряжения. Электрическое сопротивление проволоки увеличивается с повышением ее температуры, что изменяет электрический ток, протекающий по цепи, в соответствии с законом Ома. Когда воздух обтекает проволоку, она охлаждается, уменьшая ее сопротивление, что, в свою очередь, позволяет большему току протекать по цепи, поскольку напряжение питания постоянно. По мере увеличения тока температура проволоки повышается до тех пор, пока сопротивление не достигнет равновесия. Увеличение или уменьшение тока пропорционально массе воздуха, проходящего мимо проволоки. Встроенная электронная схема преобразует пропорциональное измерение в пропорциональное напряжение, которое передается в ЭБУ. Если плотность воздуха увеличивается из-за повышения давления или понижения температуры, но объем воздуха остается постоянным, более плотный воздух будет отводить больше тепла от проволоки, указывая на более высокий массовый расход воздуха. В отличие от чувствительного элемента с лопастями, горячая проволока реагирует непосредственно на плотность воздуха. Возможности этого датчика хорошо подходят для поддержки процесса сгорания бензина, который в первую очередь реагирует на массу воздуха, а не на его объем. (См. стехиометрию.) Этот датчик иногда оснащен винтом регулировки смеси, но этот винт полностью электронный и использует переменный резистор (потенциометр) вместо винта обхода воздуха. Для достижения желаемого результата винту требуется больше оборотов. На некоторых из этих датчиков используется схема очистки от нагара. Реле очистки подает высокий ток через платиновую проволоку после выключения зажигания на одну-две секунды, тем самым сжигая или испаряя любые загрязнения, прилипшие к платиновому элементу. Датчик MAF с горячей пленкой работает аналогично датчику MAF с горячей проволокой, но обычно выдает частотный сигнал. Этот датчик использует горячую пленку вместо горячей проволоки. Он часто встречается в автомобилях с впрыском топлива конца 1980-х и начала 1990-х годов. Выходная частота прямо пропорциональна массе воздуха, поступающего в двигатель. Таким образом, с увеличением массового расхода увеличивается и частота. Эти датчики склонны к периодическим проблемам из-за внутренних электрических неисправностей. Для проверки выходной частоты этих датчиков настоятельно рекомендуется использовать осциллограф. Искажение частоты также часто наблюдается при выходе датчика из строя. Многие техники на практике используют метод постукивания с убедительными результатами. Не все системы HFM выдают частотный сигнал. В некоторых случаях этот датчик работает, выдавая регулярный переменный сигнал напряжения. Микромост использует те же принципы, но реализован на кремниевом чипе.

Сенсор холодной проволоки

В двигателях серии GM LS (как и в других) используется MAF-система с холодным проводом (производства AC Delco), которая работает схожим образом с MAF-системой с горячим проводом; однако, она использует дополнительный "холодный" резистор для измерения температуры окружающего воздуха и обеспечения опорной точки для "горячего" резистивного элемента, используемого для измерения расхода воздуха. Сетка на MAF служит для выравнивания воздушного потока, обеспечивая датчикам наилучшие условия для стабильных показаний. Она не предназначена для непосредственного измерения расхода воздуха. В случаях, когда владельцы используют воздушные фильтры, пропитанные маслом, избыток масла может покрыть датчик MAF и привести к искажению его показаний. Фактически, General Motors выпустила технический бюллетень, в котором описываются проблемы – от неустойчивой работы на холостом ходу до возможного повреждения трансмиссии, вызванного загрязненными датчиками. Для очистки деликатных компонентов датчика MAF следует использовать специальный очиститель для MAF-датчиков или очиститель для электроники, а не очистители карбюраторов или тормозных систем, которые могут быть слишком агрессивными. Вместо этого, жидкая фаза очистителей MAF-датчиков и очистителей электроники обычно основана на гексанах или гептанаx с минимальным содержанием или полным отсутствием спирта и использует в качестве пропеллентов либо углекислый газ, либо HFC 152a. Датчики следует аккуратно распылять с безопасного расстояния, чтобы избежать их физического повреждения, а затем дать им полностью высохнуть перед установкой. Производители утверждают, что простой, но очень надежный способ проверить работоспособность – это слегка постучать по корпусу датчика задней частью отвертки при работающем двигателе. Если это вызовет какие-либо изменения выходной частоты, датчик следует заменить на оригинальную деталь (OEM).

Датчик вихря Kármán

Сенсор вихря Кармана работает, создавая препятствие перпендикулярно воздушному потоку. Если входящий поток ламинарный, за препятствием формируется колеблющийся узор вихрей Кармана. Частота этого узора пропорциональна скорости воздуха. Эти вихри можно считывать непосредственно как импульсы давления на датчик, либо заставить их сталкиваться с зеркалом, которое будет прерывать или пропускать отраженный световой луч, генерируя импульсы в ответ на вихри. Первый тип может использоваться только при всасывании воздуха (до турбокомпрессора или механического нагнетателя), в то время как второй тип теоретически может применяться как при всасывании, так и при нагнетании воздуха (до или после установки турбокомпрессора или механического нагнетателя). Вместо выдачи постоянного напряжения, изменяемого сопротивлением, этот тип датчика расхода воздуха (MAF) выдает частоту, которую затем должен интерпретировать блок управления двигателем (ECU). Этот тип MAF устанавливается на всех автомобилях DSM (Mitsubishi Eclipse, Eagle Talon, Plymouth Laser), многих моделях Mitsubishi, некоторых Toyota и Lexus, а также на некоторых BMW и других.

Датчик мембраны

Новая технология использует очень тонкую электронную мембрану, расположенную в воздушном потоке. На мембране с восходящей стороны напечатан тонкопленочный датчик температуры, а с нисходящей – другой. В центре мембраны интегрирован нагреватель, поддерживающий постоянную температуру, аналогичную принципу работы термоанемометра. При отсутствии воздушного потока температурный профиль по всей мембране однороден. При обтекании мембраны воздушным потоком, восходящая и нисходящая стороны охлаждаются по-разному. Разница температур между восходящей и нисходящей сторонами указывает на массовый расход воздуха. Термомембранный датчик также способен измерять поток в обоих направлениях, что может возникать в пульсирующих режимах. Технологический прогресс позволяет изготавливать датчики такого типа в микроскопическом масштабе в виде микродатчиков с использованием технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС). Такой микродатчик достигает значительно более высокой скорости и чувствительности по сравнению с макроскопическими подходами. См. также поколения датчиков МЭМС.

Элементы ламинарного потока

Элементы для измерения ламинарного потока измеряют объемный расход газов напрямую. Они работают на принципе, согласно которому при ламинарном течении разность давлений в трубе линейно пропорциональна расходу. Условия ламинарного течения возникают в газе, когда число Рейнольдса газа ниже критического значения. Вязкость среды необходимо учитывать при расчете результатов. Элементы для измерения ламинарного потока обычно изготавливаются из большого количества параллельных труб для достижения необходимой пропускной способности.