Расходомер воздуха (что это?)

Расходомер воздуха (что это?)

Расходомер воздуха — что это такое? Принцип действия

Жесткие требования стандартов токсичности заставляют производителей оборудовать свои двигатели все новыми системами призванными снизить выброс вредных веществ в атмосферу. Для эффективной работы этих систем им необходимо знать точный состав сгорающей в камере цилиндра смеси, т.е. эта система должна знать, сколько в состав смеси входило топлива и сколько воздуха, только в этом случае вредные вещества будут удалены из выхлопных газов в максимально полном объеме.

Информацию о количестве потребляемого воздуха системе управления двигателем сообщает такое устройство как расходомер. Расходомер может измерять как объем, так и массу попавшего в камеру сгорания воздуха и поэтому различают два способа измерения расхода воздуха:

• Первый способ – механический;
• Второй – тепловой.

В первом случае объем воздуха измеряется в зависимости от перемещения заслонки, а во втором в зависимости от изменения температуры особого элемента. В настоящее время механические расходомеры уже не устанавливаются и потому, перейдем сразу ко второму способу измерений.

Тепловой способ измерения расхода воздуха

Этот способ вытеснил механический благодаря своей совершенности и более точным измерениям массы поступающего воздуха, которую измеряет термоанемометрический расходомер. Эти устройства можно охарактеризовать как быстродействующие, точные и не зависящие от температуры воздух, они в отличие от первого варианта не имеют никаких подвижных частей.

Термоанемометрический расходомер также известен под названием датчик массового расхода и это устройство в настоящий момент используют в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей, включая системы непосредственного впрыска, и работает этот прибор как часть системы управления двигателем. При этом в некоторых системах такой прибор не используется и его функции выполняет датчик, контролирующий давление воздуха во впускном трубопроводе.

Стоит отметить, что расходомер может быть выполнен в двух вариантах и главным их различием является конструкция чувствительного элемента устройства, а это может быть либо проволока, либо пленка.

Проволочный расходомер

Чувствительным элементом проволочного расходомера является платиновая нить, температура которой всегда постоянная, что достигается ее нагревом при помощи электрического тока.

Когда воздух проходит через нить ее температура падает и для повышения этого показателя необходимо увеличить ток, идущий на нагрев нити. При этом специальный преобразователь преобразует ток в выходное напряжение, между величиной которого и массой проходимого воздуха существует определенная зависимость. Именно на основе этих данных блок управления принимает конкретные решения.

Однако со временем нить загрязняется и потому здесь предусмотрен режим самоочистки. Проволока при неработающем двигателе нагревается до температуры в 1000 градусов, благодаря чему и очищается. Недостатком такого расходомера является снижение точности измерений с течением времени. Происходит это из-за того, что нить становится тоньше и уже не обладает начальной точностью показаний.

Этот недостаток был учтен при разработке пленочного расходомера, который и заменил своего предшественника. Работает этот прибор по тому же принципу что и проволочный расходомер и основным его отличием является использование пленки вместо платиновой нити.

Пленочный расходомер и принцип его работы

Чувствительный элемент этого устройства представлен кристаллом кремния, который имеет несколько достаточно тонких слоев платины. Эти слои выступают в качестве резисторов:

• Нагревательного;
• Резистора датчика температуры;
• Двух терморезисторов.

Сам чувствительный элемент находится в особом воздушном канале, который насыщается воздухом за счет разряжения. При этом достаточно высокая скорость воздушного потока препятствует загрязнению элемента. К тому же канал сконструирован особым образом, что позволяет более точно определить массу сгоревшего воздуха, благодаря возможности точного измерения массы как прямого, так и отраженного от клапанов воздуха.

Резистор, отвечающий за нагрев, всегда поддерживает постоянную температуру элемента, а разница температур на терморезисторах позволяет определить массу воздуха и направление его движения.

Как правило, такой расходомер выдает аналоговый сигнал в виде напряжения постоянного тока. Хотя некоторые конструкции расходомеров способны выдавать и более точный цифровой сигнал, который является предпочтительным с точки зрения блока управления.

Сигнал, выдаваемый пленочным расходомером, помогает определить:

• Для карбюраторных моделей ДВС – момент впрыска, количество топлива, момент поджигания топливной смеси и алгоритм работы системы улавливания паров.
• Для дизельных моделей – момент впрыска и алгоритм работы системы рециркуляции газов.

Точное знание массы воздуха поступающего в камеру сгорания помогает системе управления рассчитать необходимо количество топлива, что обеспечивает полное сгорание топливной смеси и как следствие минимальное количество вредных веществ в выхлопе.

Расходомеры воздуха. Устройство и принцип действия

Расходомеры воздуха и датчики, применяемые для систем впрыска бензиновых двигателей имеют распространение и для дизельной топливной аппаратурой с электронным управлением, поэтому в разделах по дизельной аппаратуре они не будут рассматриваться.

Расходомер с поворотными заслонками

Расходомер воздуха расположен между воздухоочистителем и корпусом дроссельной заслонки.

Рис. Расходомер воздуха с поворотными заслонками:
1 – подача напряжения от электронного блока управления; 2 – датчик температуры поступающего воздуха; 3 – подвод воздуха от воздушного фильтра; 4 – спиральная пружина; 5 – демпфирующая камера; 6 – заслонка демпфирующей камеры; 7 – подача воздуха к дроссельной заслонке; 8 – заслонка напора воздуха; 9 – обводной канал; 10 – потенциометр

Принцип действия расходомера основан на так называемом сопротивлении среды. Он измеряет усилие, действующее на заслонку 8, которую поток воздуха, поступающего в двигатель, заставляет поворачиваться на определенный угол, преодолевая усилие спиральной пружины. Момент закручивания пружины выбран так, чтобы заслонка создавала незначительную потерю напора. Для предотвращения колебаний напорной заслонки под действием потока воздуха проходящего по впускному трубопроводу, особенно на режиме холостого хода, предусмотрена демпфирующая камера 5, в которой расположена заслонка 6, имеющая такую же рабочую поверхность, как и заслонка напора воздуха 8. Объем демпферной камеры, а также зазор между заслонкой 6 демпфирующей камеры и корпусом подобраны так, чтобы напорная заслонка была способна отслеживать быстрые изменения расхода воздуха при разгоне.

Соединенный с осью напорной заслонки потенциометр преобразует механическое перемещение напорной заслонки в изменение электрического напряжения, которое передается в блок управления для точной дозировки топлива.

Напряжение аккумулятора через главное реле системы подается на резистор, расположенный внутри корпуса датчика. Балластный резистор понижает напряжение до уровня от 5.0 до 10.0 В. Это напряжение подводится к разъему блока управления и к крайнему выводу реостата потенциометра. Второй вывод реостата со­единен с массой. Сигнал потенциометра снимается с движка через кон­такт датчика на контакт блока управления.

Внутренняя геометрия расходомера обеспечивает логарифмическую корреляцию между потоком воздуха и угловым положением напорной заслонки, что позволяет рассчитывать оптимальный состав смеси на режимах малых нагрузок.

Потенциометр установлен в герметичном корпусе и состоит из керамического основания с рядом контактов и нескольких резисторов. Сопротивление резисторов постоянно и не зависит от резких колебаний температуры в моторном отсеке.

Для исключения влияния напряжения аккумуляторной батареи на сигнал, выдаваемый потенциометром, электронный блок управления учитывает разницу между этим напряжением и выходным напряжением расходомера воздуха.

Параллельно с электрической цепью расходомера воздуха включен датчик температуры всасываемого воздуха. Он представляет собой резистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при увеличении температуры. Сигналы, поступающие от датчика, изменяют выходной сигнал расходомера в зависимости от температуры поступающего воздуха.

Обводной канал 9 под напорной заслонкой служит для прохода воздуха на холостом ходу.

Расходомер воздуха с нагреваемой нитью

Преимущество таких датчиков отсутствие механически подвижных деталей, что определяет их большую долговечность.

Расходомер подобной конструкции является термическим датчиком нагрузки двигателя.

Рис. Расходомер воздуха с проволочным нагревательным элементом (нитью):
1 – температурный датчик; 2 – кольцо датчика с проволочным нагревательным элементом; 3 – прецизионный реостат; Qм – массовый расход воздуха в единицу времени

Его устанавливают между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой, и он определяет массу всасываемого воздуха в кг/час. Датчики с нагре­ваемой нитью и с нагреваемой пленкой имеют один и тот же принцип работы. Расположенный в воздушном потоке и нагревае­мый электрическим током про­водник (платиновая нить или токопроводящая полимерная плен­ка) охлаждается обтекающим его воздухом.

Нить нагревается электрическим током, и температура ее поддер­живается постоянной. Если нить охлаждается, то проходящий через нее ток увеличивается до тех пор, пока температура нити не восста­навливается до первоначальной величины. Изменение силы тока воспринимается в блоке управления и является измеряемым пара­метром для определения расхода всасываемого воздуха. Встроенный датчик температуры служит для того, чтобы температура всасывае­мого воздуха не искажала результаты измерений.

Поступающий поток воздуха обтекает нагретый электрическим током проводник, который встроен в измеритель воздушной массы. Специальная электронная схема управления поддерживает постоян­ную температуру проводника относительно температуры поступаю­щего воздуха. При увеличении количества поступающего воздуха проводник будет охлаждаться. Величина тока нагрева, требуемого для сохранения постоянной температуры проводника, является ме­рой массы воздуха, поступающего в двигатель. Этот ток преобразу­ется в импульсы напряжения, которые обрабатываются блоком управления как основной входной параметр наравне с частотой вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, блок управления получает информацию о темпера­туре охлаждающей жидкости и поступающего воздуха. На основе входных сигналов блок управления выдает импульсы времени впры­ска топлива на форсунки.

Загрязнение нагреваемой нити может привести к искажению результатов измерений. Поэтому после каждой остано­вки двигателя нить подвергается воздействию повышенной темпера­туры и тем самым очищается.

Расходомер воздуха с пле­ночным термоанемометром

Измерительный патрубок 2 вмонтирован в массовый расходомер воздуха, который в зависимости от требуемого дви­гателем расхода воздуха имеет различ­ные диаметры. Он устанавливается во впуск­ном канале за воздушным фильтром. Воз­можен также вариант встроенного измери­тельного патрубка, который устанавливается внутри воздушного фильтра.

Воздух, входящий во впускной коллектор, обтекает чувствительный элемент датчика 5, который вместе с вычислительным кон­туром 3 является основным компонентом датчика.

Входящий воздух проходит через об­водной канал 7 за чувствительным эле­ментом датчика. Чувствительность датчика при наличии сильных пульсаций потока мо­жет быть улучшена применением соответ­ствующей конструкции обводного канала, при этом определяются также и обратные токи воздуха. Датчик соединяется с ЭБУ через выводы 1.

Рис. Схема массового расходомера воздуха с пленочным термоанемометром:
1 — выводы электрического разъема, 2 — измери­тельный патрубок или корпус воздушного фильт­ра, 3 — вычислительный контур (гибридная схе­ма), 4 — вход воздуха, 5 — чувствительный эле­мент датчика, 6 — выход воздуха, 7 — обводной канал, 8 — корпус датчика.

Принцип работы массового расходомера воздуха заключается в следующем. Микромеханическая диафрагма датчика 5 на чувствительном элементе 3 нагревается центральным нагревающим резистором. При этом имеет место резкое падение температуры на каждой стороне зоны нагрева 4.

Распределение температуры по диафраг­ме регистрируется двумя температурозависимыми резисторами, которые устанавли­ваются симметрично до и после нагреваю­щего резистора (точки измерения М1 и М2). При отсутствии потока воздуха на впуске температурная характеристика 1 одинакова на каждой стороне измеритель­ной зоны (Ti = T2). Как только поток воздуха начинает обтекать чувствительный элемент датчика, распределение температуры по диафрагме меняется (характеристика 2).

Читать еще:  Замена масла ваз 2110 8 клапанная

Рис. Принцип измерения массового расхода воздуха пленочным термоанемометром:
1 – температурная характеристика при отсутствии потока воздуха 2 – температурная характеристика при наличии потока воздуха; 3 – чувствительный элемент датчика; 4 – зона нагрева; 5 – диафрагма датчика; 6 – датчик с измерительным патрубком; 7 – поток воздуха; М1, М2 – точки измерения, Т1, Т2 – значения температуры в точках измерения M1 и М2; ΔT – перепад температур

На стороне входа воздуха температурная характеристика является более крутой, пос­кольку входящий воздух, обтекающий эту поверхность, охлаждает ее. Вначале на про­тивоположной стороне (сторона, наиболее близко расположенная к двигателю) чувствительный элемент датчика охлажда­ется, но затем воздух, подогреваемый наг­ревательным элементом, нагревает его. Из­менение в температурном распределении (ΔT) приводит к перепаду температур меж­ду точками измерения М1 и М2.

Тепло рассеивается в воздухе и, следова­тельно, температурная характеристика чувствительного элемента датчика является функцией массового расхода воздуха. Раз­ница температур, таким образом, есть мера массового расхода воздуха и при этом она не зависит от абсолютной температуры про­текающего потока воздуха. Кроме этого, разница температур является направлен­ной. Это означает, что массовый расходо­мер не только регистрирует количество вхо­дящего воздуха, но также и его направление.

Благодаря очень тонкой микромеханичес­кой диафрагме датчик имеет очень высокую динамическую чувствительность (

Рис. Пленочный расходомер воздуха:
1 – измерительная цепь; 2 – диафрагма; 3 – камера эталонного давления; 4 – измерительный элементы; 5 – керамическая подложка

Датчик давления воздуха в коллекторе

Отдельные системы с электронным управлением впрыска топлива содержат датчик давления воздуха в коллекторе, определяющий нагрузку двигателя и количество перепускаемых газов при рециркуляции. Помимо этого по сигналу датчика определяется нагрузка двигателя при пуске, так как измеритель расхода воздуха работает на этом режиме недостаточно точно из-за сильных пульсаций во впускной системе.

Датчик соединен вакуумным шлангом с впускным коллектором. Разрежение в коллекторе действует на мембрану. На мембране находятся тензорезисторы, сопротивление которых изменяется при деформации мембраны. Измеряемое давление при этом сравнивается с эталонным разрежением под мембраной. Мембрана прогибается в зависимости от давления во впускном трубопроводе, при этом изменяется напряжение на выходе датчика, создаваемое в результате изменения сопротивления тензорезисторов. Это напряжение используется в блоке управления для определения величины давления во впускном трубопроводе.

Абсолютное дав­ление в коллекторе вычисляется как атмосфер­ное давление минус разрежение в коллекторе. Питание датчика осуществляется эталон­ным напряжением 5,0 В. Сигнал датчика в виде напряжения, меняющегося в зависимости от давления, подается на БЭУ. На холостом ходу это напряжение составляет примерно 1,0 В, при полной нагрузке оно повышается до 4,5 В.

Рис. Датчик давления воздуха во впускном коллекторе:
1 – полость разряжения; 2 – полупроводниковые элементы; 3 – мембрана; а – положение мембраны при малом разряжении; б – положение мембраны при большом разряжении

Массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, БЭУ вычисляет с учетом плотности, определяемой по значению абсолютного дав­ления и температуры воздуха в коллекторе, а также частоты вращения коленчатого вала.

Расходомер воздуха

Экологические требования к современным двигателям внутреннего сгорания предполагают поддержание определенного (стехиометрического) соотношения воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси на всех режимах работы. Только в этом случае каталитический нейтрализатор полностью удаляет вредные вещества в отработавших газах.

Для поддержания стехиометрического соотношения компонентов топливно-воздушной смеси требуется точная информация о количестве (расходе) всасываемого воздуха, которую предоставляет расходомер воздуха. Мерой расхода может выступать как объем, так и масса всасываемого воздуха. В зависимости от этого различают два способа определения расхода воздуха: механический и тепловой.

Механический способ основан на измерении объема воздуха пропорционального перемещению заслонки. Тепловой способ предполагает измерение массы воздуха в соответствии с изменением температуры чувствительного элемента.

Расходомер воздуха устанавливается во впускной системе между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой двигателя. Ведущим производителем расходомеров воздуха является фирма Bosch.

Механический расходомер воздуха

Механический расходомер воздуха использовался в системах распределенного впрыска Jetronic, а также объединенных системах впрыска и зажигания. В системе K-Jetronic расходомер воздуха обеспечивает количественное регулирование топливно-воздушной смеси и представляет собой напорный диск, механически соединенный с плунжером дозатора-распределителя.

В системе KE-Jetronic в механическую схему расходомера воздуха включен элемент электронного управления – потенциометр. Более совершенный механический расходомер устанавливался в системе L-Jetronic.

Конструктивно механический расходомер включает корпус с демпфирующей камерой, измерительную заслонку, возвратную пружину, демпфирующую заслонку, потенциометр и обводный канал с винтом качества.

Принцип работы расходомера воздуха построен на перемещении измерительной заслонки пропорционально величине потока воздуха. Измерительная заслонка, демпфирующая заслонка и потенциометр размещены на одной оси, обеспечивающей прямую связь между перемещением заслонки и изменением сопротивления потенциометра.

Конструктивно потенциометр выполнен в виде керамической подложки, на которую нанесены резисторные дорожки. К дорожкам прижат ползунок потенциометра. На потенциометр подается напряжение, изменяющееся в соответствии с сопротивлением. Изменение напряжения учитывается электронным блоком управления как объемная характеристика всасываемого воздуха. Для корректировки показаний расходомера в систему управления включен датчик температуры входящего воздуха.

В настоящее время механические расходомеры на двигатели внутреннего сгорания не устанавливаются.

Термоанемометрический расходомер воздуха

Более совершенными являются расходомеры воздуха, построенные на тепловом способе определения массового расхода воздуха, т. н. термоанемометрические расходомеры воздуха (от «анемо» — ветер). Они не имеют подвижных механических частей, характеризуются высоким быстродействием, точностью и в силу особенности конструкции не зависят от температуры воздуха.

Термоанемометрический расходомер воздуха (другое наименование – датчик массового расхода воздуха, ДМРВ) используется в современных системах впрыска бензиновых и дизельных двигателей, в т.ч. в системе непосредственного впрыска топлива. Конструктивно расходомер воздуха включен в систему управления двигателем. В ряде систем управления двигателем расходомер воздуха не используется, а его функции выполняет датчик давления воздуха во впускном трубопроводе.

В зависимости от конструкции чувствительного элемента различают следующие виды термоанемометрических расходомеров:

  • проволочный (Hot Wire MAF Sensor);
  • пленочный (Hot Film Air Flow Sensor, HFM).

Основой проволочного термоанемометрического расходомера воздуха является чувствительный элемент – платиновая нагреваемая нить. Работа расходомера построена на поддержании постоянной температуры платиновой нити за счет нагрева электрическим током.

При движении потока воздуха через датчик чувствительный элемент охлаждается. Терморезистор увеличивает ток нагрева нити. Преобразователь напряжения преобразует изменение тока нагрева чувствительного элемента в выходное напряжение. Между выходным напряжением и массовым расходом воздуха существует нелинейная зависимость, которая учитывается блоком управления двигателем.

Для предотвращения загрязнения чувствительного элемента в работе проволочного расходомера предусмотрен режим самоочистки, при котором на неработающем двигателе платиновая нить кратковременно нагревается до температуры 1000°С.

Необходимо отметить, что в ходе эксплуатации расходомера толщина платиновой нити уменьшается, что приводит к снижению точности измерений.

Данного недостатка лишен пленочный расходомер воздуха, который пришел на смену проволочного датчика. Принцип действия пленочного расходомера аналогичен проволочному ДМРВ. Основное отличие заключается в конструкции чувствительного элемента.

Чувствительный элемент пленочного расходомера воздуха представляет собой кристалл кремния, на который нанесено несколько тонких платиновых слоев – резисторов: нагревательного резистора, двух терморезисторов, резистора датчика температуры воздуха.

Чувствительный элемент расположен в специальном воздушном канале, воздух в который поступает за счет разряжения. Высокая скорость потока предотвращает попадание в канал крупных частиц грязи и загрязнение чувствительного элемента. Конструкция воздушного канала позволяет определять массу как прямого, так и обратного (отраженного от закрытых клапанов) потока воздуха, что увеличивает точность измерения.

Нагревательный резистор поддерживает определенную температуру чувствительного элемента. По разнице температур на терморезисторах определяется масса всасываемого воздуха и направление воздушного потока. Выходным аналоговым сигналом расходомера является напряжение постоянного тока.

Вместо аналогового сигнала отдельные конструкции датчиков массового расхода воздуха генерируют цифровой сигнал, являющийся в системах управления более предпочтительным (не зависит от срока эксплуатации устройства и характеристик электрической цепи).

Сигналы пленочного расходомера используется блоком управления двигателем для определения следующих параметров:

Всё, что нужно знать о датчиках массового расхода воздуха

Датчик массового расхода воздуха необходим двигателю, точнее электронному блоку управления двигателем, для правильного расчёта количества впрыскиваемого топлива. Сразу отметим, что ДМРВ давно используются на всех бензиновых двигателях с электронным впрыском, а также на поздних дизелях под экологические нормы Евро-4 и выше. Но выполняемые задачи разные. Дизелям ДМРВ нужен в первую очередь для того, чтобы ЭБУ мог корректно рассчитать объем подачи рециркулирующих отработавших газов.

Бензиновым моторам ДМРВ крайне необходим для соблюдения стехиометрической смеси. Напомним, что для успешного и полного сгорания смеси воздуха и бензина их пропорция по массе должна составлять 14,7 к 1. Т.е. на 14,7 кг должно приходиться 1 кг топлива. При такой пропорции все образуемые двигателем продукты сгорания нейтрализуются катализатором.

Если топливная смесь богатая, то в выхлопных газах будет много как несгоревшего топлива (углеводородов), так и угарного газа (СО, монооксид углерода).

Если топливная смесь бедная, то избыток кислорода, не участвующего в окислении топлива, соединяется с азотом. Напомним, что воздух, которым мы дышим и который попадает в цилиндры, на 78% состоит из азота. В условиях камеры сгорания кислород окисляет азот, образуются оксиды азота, приносящих много вреда экологии.

Сделаем небольшое лирическое отступление и отметим, что блок управления двигателем не во всех режимах придерживается стехиометрической смеси. Например, при разгоне блок управления сознательно немного «богатит» смесь, чтобы обеспечить достаточный объем паров топлива. Добавим, что при разгоне показания с лямбда-зондов также не учитываются. Также во время прогрева для компенсации плохой испаряемости топлива двигатель работает на богатой смеси без учета лямбда-регулирования.

На нашем YouTube-канале вы можете посмотреть видеообзор про датчики массового расхода топлива.

Выбрать и купить датчик массового расхода воздуха (ДМРВ, MAF-сенсор) для интересующей вас модели автомобиля вы можете в нашем каталоге б/у запчастей.

НЕМНОГО ПРО ДАД

Для измерения расхода воздуха также используются датчики абсолютного давления. Их устанавливают во впускном коллекторе, они работают в паре с датчиком температуры воздуха. На атмосферных моторах по разряжению во впускном коллекторе эти датчики измеряют количество фактически попавшего в цилиндры воздуха. В одиночку, т.е. без ДМРВ, они применяются на простых бензиновых моторах и, кстати, обеспечивают более резвые отклики на газ, т.к. расположены близко ко впускным клапанам.

В паре с ДМРВ датчики абсолютного давления обязательно используются на моторах с турбонаддувом. Они просты и очень надежны, могут пострадать только от саже-масляного налета, но легко чистятся.

Выбрать и купить датчик абсолютного давления (ДАД, MAP-сенсор) для интересующей вас модели автомобиля вы можете в нашем каталоге б/у запчастей.

Читать еще:  Блок цилиндров двигателя

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РАСХОДОМЕРОВ

Итак, для измерения массы поступающего в двигатель воздуха используется ДМРВ. На моторах используется два основных типа «расходомеров». Это датчики с нитью и с плёночным чувствительным элементом. Они работают по приблизительно одинаковой схеме: измеряют объем проходящего воздуха нагреваемым элементом.

В ДМРВ с нитью чувствительным элементом является тонкая проволока (нить) из платины. Она расположена во впускном тракте после воздушного фильтра и до дроссельной заслонки в потоке воздуха. Ток нагревает нить, воздух ее охлаждает. Температура нити – всегда поддерживается на уровне 120°…150° выше температуры проходящего воздуха. Каким же образом нагретая проволока измеряет массу проходящего воздуха?

Все очень просто. Электрическое сопротивление нити зависит от ее температуры, а температуру «сбивает» поток воздуха. Следовательно, поддерживая температуру нити электрическим током, можно делать вывод об объеме проходящего через впускной тракт воздуха. Собственно показания с ДМРВ с нагреваемой нитью представляют собой значения напряжения. Показания напряжения передаются в блок управления в виде выходного напряжения. Далее ЭБУ по заложенным в программу значениям пересчитывает Вольты в объем поступающего в камеры сгорания кислорода.

На смену ДМРВ с нитью пришел пленочный датчик, он же термоанемометрический. Он появился еще в начале 1990-х как более точный измеритель массы воздуха и используются до сих пор. Чувствительный элемент с двумя терморезисторами и нагревательным резистором между ними. Также в нем присутствует датчик температуры воздуха, что дополнительно увеличивает его точность.

Пленочный ДМРВ работает очень просто: поток воздуха проходит вдоль терморезисторов (каждый из которых равномерно нагревается), охлаждает первый терморезистор, а ко второму воздух попадает уже подогретым. В результате фиксируется разница температур терморезисторов, связанная с ней разница в электрическом сопротивлении, которую фиксирует электроника. Таким образом измеряется объем проходящего воздуха. Т.к. у пленочного ДМРВ два чувствительных терморезистора, то они способны измерять как прямой, так и обратный поток воздуха.

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ДМРВ ДВУХ ТИПОВ

ДМРВ с нагреваемой нитью простой, неприхотливый, но неточный. Точность измерения массы воздуха не очень высокая, также он не учитывает обратный поток воздуха, из-за чего в некоторых режимах формируется бедная ТВС. Двигатели с таким датчиком не отвечают экологическим нормам Евро-4 и даже Евро-3. Зато с таким датчиком ничего не случается, даже загрязнение ему не страшно.

Для сохранения теплообмена при выключении зажигания на нить подается высокое напряжение, разогревающее нить до 500 градусов на несколько секунд. При этом сгорает вся оседающая на ней пыль и сажа. Если такого самоочищения недостаточно, нить ДМРВ прекрасно очищается спецсредствами.

Пленочные ДМРВ способны измерить обратный поток воздуха, который практически постоянно присутствует при работе двигателя. Обратный поток образуется при отражении воздуха от закрытых впускных клапанов. Обратный поток измеряется просто: при охлаждении чувствительных элементов в обратном направлении, т.е. от двигателя к фильтру. Однако с обратным потоком в сторону ДМРВ летит сажа, масляные пары и другая грязь, производимая двигателем. Бывают случаи попадания на чувствительный элемент соринок и даже насекомых через старый или некачественный воздушный фильтр.

СИМПТОМЫ НЕИСПРАВНОГО ДМРВ

Пленочный ДМРВ с покрытым грязью чувствительным элементом датчик начинает врать. Проблема с загрязнением очень серьезная и чистке он не поддается.

Если датчик врет, то блок управления двигателя выбирает неадекватное количество топлива и выставляет некорректный угол опережения зажигания. В итоге, нарушается работа двигателя. Машина тупит, льет много топлива или вообще не заводится из-за перелива топлива.

Двигатель будет относительно нормально работать с полностью неисправным или отключенным ДМРВ. Если сигнал с расходомера отсутствует, то блок управления двигателя использует расчетную модель массы воздуха, которая используется как раз в случае полной неисправности ДМРВ.

КАК ПРОВЕРИТЬ ДМРВ?

Еще раз упомянем, что ДМРВ с нитью, пока она цела, обычно никаких проблем не вызывают и в крайних случаях прекрасно чистятся бесконтактными чистящими средствами. Исправный ДМРВ при включенном зажигании и неработающем двигателе выдает напряжение в 1 Вольт. Это напряжение можно измерить мультиметром между двумя сигнальными проводами. Как правило, это провода 3 и 5 (на датчиках Bosch) или 3 и 4 на датчиках Denso. Если напряжение выше 1,03 Вольта, то он уже врет, но скорее всего, чистка нити может восстановить точность его показаний.

Таким же образом датчик можно проверить и снятый датчик без автомобиля. Нужно только подать на него 12 Вольт для питания по соответствующим проводам.

Капризные пленочные ДМРВ можно проверить мультиметром. Сам производитель, компания Bosch, рекомендует проверку напряжения покоя при неработающем двигателе и включенном зажигании: напряжение должно составлять 1 Вольт ровно. Разбежка может составлять до 0,02 Вольта. Если напряжение на ДМРВ меньше 0,98 Вольт, то он точно подлежит замене. Если напряжение больше 1,02 Вольта, то ДМРВ скорее всего нужно менять. Дело в том, как показывает практика, ДМРВ с напряжением в до 1,3 Вольта может оказаться исправным, и в то же время с напряжением в правильные 1 Вольт – неисправным.

Эту проверку нужно комбинировать со вторым способом. Второй способ подразумевает измерение пикового напряжения. Но тут есть нюансы. Если двигатель оборудован дроссельной заслонкой с троссовым приводом, то нужно на работающем на холостом ходу двигателе вручную резко открыть дроссель. При этом на исправном ДМРВ напряжение подскочит до 4 Вольт и более. Если напряжение будет меньше 4 Вольт, то ДМРВ точно неисправен. Правда, такой способ не подходит для диагностики турбомоторов, где ускорение потока воздуха происходит с заметной задержкой и может не вырастать до пиковых значений при прогазовках на неподвижном автомобиле.

На моторах с электронным дросселем проверка выполняется таким же образом, но есть два нюанса. Во-первых, открыть дроссель можно только нажатием акселератора. Во-вторых, нужно точно знать пиковое напряжение конкретного исправного ДМРВ при такой проверке. Это значением может быть и ниже 4 Вольт. Т.е. фактическое значение нужно измерять с неким корректным значением, которое вам известно из практики или из рекомендаций производителя автомобиля.

Самые современные пленочные расходомеры (типа HFM6) подают в ЭБУ цифровой частотный сигнал. Оценить работоспособность такого расходомера проверкой напряжения невозможно. Правда, такие датчики хорошо диагностируются встроенными средствами, и появляются ошибки, указывающие на слабый сигнал с расходомера.

Всё про датчик массового расхода воздуха (расходомер)

В тонкой и точной настройке автомобильного двигателя важно всё: и качество автожидкостей, и нормальная работа каждого элемента, и слаженность всех процессов. Одним из элементов, определяющих, насколько правильно в конечном итоге будет работать автомобиль, является датчик массового расхода воздуха, он же расходомер воздуха или MAF-sensor (от Mass Air Flow), как его чаще называют автомобилисты.

Зачем нужен ДМРВ?

Для полного сгорания одной части топлива нужно примерно 14,7 частей воздуха, такая смесь называется стехиометрической, оптимальной по соотношению. Будет меньше воздуха, чем нужно – бензин не сгорит полностью, получим грязный выхлоп, не соответствующий современным экологическим нормам. Будет больше воздуха – на обедненной смеси двигатель не сможет развить полную мощность.

Расходомер предназначен для постоянного контроля количества поступающего в цилиндры воздуха и передачи этих данных системе регулировки впрыска топлива. То есть, чем больше воздуха идет в двигатель, тем больше топлива будет подано на форсунки.

Когда водитель нажимает на педаль газа, он регулирует именно подачу воздуха: открывается дроссельная заслонка (непосредственно или от сигнала ЭБУ). Поступает больше воздуха – реагирует ДМРВ, после чего подается больше топлива в камеры сгорания и увеличиваются обороты двигателя.

Нормально работающий расходомер воздуха позволяет не только максимально эффективно использовать топливо, но и максимально эффективно использовать катализатор и сажевый фильтр, а в общей перспективе – сократить расходы на топливо, уменьшить износ узлов автомобиля и продлить время комфортной эксплуатации. Электроника учитывает показатели не только ДМРВ, но и лямбда-зонда, что позволяет более точно контролировать подачу топлива.

Виды и принцип действия

Схема ДМРВ в корпусе

Эволюция расходомеров направлена на поиск методов более точного измерения, учета большего количества параметров, чтобы в итоге получить максимально стабильную работу двигателя.

Механические датчики (расходомеры с трубкой Пито) работали по принципу воздушного сопротивления: чем сильней поток воздуха, тем больше отклонялась внутренняя демпфирующая пластина. Эти системы были долговечными и надежными, но недостаточно точными. С появлением более современных топливных систем понадобились более прогрессивные методы измерения.

Следующее поколение – термоанемометрический датчик с платиновой нитью (Hot Wire MAF Sensor). Именно платиновой, так как этот металл дольше всего сопротивляется термической деградации. Принцип действия основан на поддержании постоянной температуры нагретой нити: чем больший поток воздуха проходит через нее, тем быстрей она остывает и тем больше энергии нужно на нагрев. Контроль температуры осуществляется терморезистором, а данные о затраченной на нагрев нити энергии передаются на ЭБУ как информация о количестве проходящего через нить воздуха.

Схема датчика MAF. 1. Кольцо. 2. Платиновая нить.
3. Термокопенсационное сопротивление. 4. Крепление кольца.
5. Корпус электронного модуля.

Для более точного измерения в современных датчиках учитывается еще и температура поступающего воздуха.

Самой частой причиной выхода из строя является загрязнение нити отложениями пыли и моторного масла. Поэтому в таких датчиках предусмотрена функция самоочистки: после каждой остановки двигателя платиновая нить на пару секунд разогревается до 1100 о С. Все органические отложения мгновенно сгорают или обугливаются.

Недостатком нитевых датчиков является ограниченный ресурс работы: платина, несмотря на свою стойкость, рано или поздно выгорает.

Более прогрессивной модификацией стал пленочный датчик (Hot Film Air Flow Sensor, HFM). Принцип работы тот же, что и у проволочного: масса входящего воздуха определяется по степени охлаждения нагревательного элемента. На керамическую основу (подложку) устанавливаются все необходимые элементы в виде тонкопленочных резисторов, в том числе и нагревательный элемент в виде платинового напыления. Сенсор устанавливается в воздушном канале, через который проходит только входящий поток воздуха (измерения получаются более точными за счет отсутствия обратных воздушных волн от работающих клапанов и поршней двигателя). В пленочных датчиках отсутствует проблема загрязнения: пыль и моторное масло не попадают на нагревающийся слой, а значит, нет необходимости в самоочистке. В пленочных сенсорах учитывается и плотность воздуха, которая также влияет на скорость охлаждения нагревательного элемента.

Схема датчика HFM. 1. Электрический разъем. 2. Внешний корпус.
3. Электронная схема. 4. Термоэлемент. 5. Корпус датчика. 6. Канал воздушного потока.

В самых новых моделях автомобилей конструкторы уже отказались от ДМРВ, заменив их датчиками абсолютного давления. Но расходомеры воздуха, основанные на нагревательном элементе, в настоящее время используются наиболее широко.

Читать еще:  Повышенная компрессия в двигателе: причины

Место установки

Поскольку датчики чувствительны к загрязнениям, их устанавливают в воздуховоде после воздушного фильтра перед дроссельной заслонкой. Сам датчик расположен в корпусе – пластиковой трубке, закрытой с одной стороны сетчатым фильтром, предотвращающей завихрения воздушного потока. Продаваться датчики могут как вместе с корпусом, так и отдельно, если конструкция датчика предусматривает замену центрального элемента.

Разъем на датчике подключается в бортовую сеть: к источнику напряжения и ЭБУ.

Поломки расходомеров

Чаще всего датчики расхода воздуха выходят из строя просто от износа: платиновая нить (и платиновое напыление не кремниевой пластине) постепенно истончается от нагрева. У проволочного ДМРВ ресурс составляет примерно 150 тыс. км, но эта цифра может стать и больше, и меньше, в зависимости от состояния других узлов автомобиля.

Поврежденное напыление дорожек на расходомере

Причиной досрочной поломки датчика чаще всего является грязь на нагревательном элементе: пыль и моторное масло искажают показания и вызывают перегрев.

Сломанный датчик не ремонтируется, его меняют на новый. Учитывая, что это не самая дешевая деталь, будет нелишним позаботиться о максимальном продлении срока эксплуатации. На работу расходомера воздуха влияют:

  • Состояние воздушного фильтра. Если фильтры регулярно менять и использовать только качественные, можно не беспокоиться о попадании пыли в воздуховод. Если же фильтр вышел из строя или не соответствует техническим требованиям, поломка расходомера покажется ерундой по сравнению со стоимостью ремонта двигателя.
  • Состояние двигателя. Из работающего мотора в воздуховод могут попадать пары масла. Масляные отложения, загрязняющие платиновый элемент, ускоряют его износ. На концентрацию моторного масла в картерных газах влияет состояние поршневых колец и сальников клапанов.
  • Состояние проводки. Одна из возможных причин поломки датчика – нарушение электрических контактов. Эту причину иногда можно устранить, если повреждение не серьезное.

Когда расходомер выходит из строя, нарушается баланс между поступающим в двигатель бензином и воздухом. Соответственно, проблемы будут отражаться на работе двигателя:

  • Повышается расход топлива,
  • Нарушаются показатели разгона, возникают провалы при наборе скорости,
  • Нетипичная работа двигателя на холостом ходу (слишком высокие или слишком низкие обороты),
  • Горит Check Engine,
  • Двигатель плохо заводится или не заводится вообще.

Причиной перечисленных проблем не обязательно будет поломка ДМРВ: более точно можно определить только после диагностики. Самостоятельно можно разве что осмотреть место подключения датчика (иногда сбой в работе двигателя появляется из-за повреждения воздуховода) и, если есть подходящие инструменты, то снять сам датчик и заменить его заведомо рабочим. Если после замены проблемы с двигателем остались – дело не в расходомере, а в другой неисправности.

Сильно загрязненный датчик можно попытаться «реанимировать» — очистить нагревательный элемент, чтобы он смог проработать еще немного, до покупки нового. Используют для этой цели специальные очистители (карбоклинер или очиститель для ДМРВ), что позволяет ненадолго продлить «жизнь» детали. Однако нужно помнить, что элементы датчика повреждаются от малейшего воздействия, так что протирать чувствительный элемент (даже слегка!) нельзя.

Неисправный расходомер воздуха влияет не только на режим работы двигателя, но и на ресурс выхлопной системы: сажевый фильтр и катализатор весьма чувствительны к чистоте выхлопа, которая невозможна без оптимального соотношения воздуха и топлива. В современных автомобилях все компоненты взаимозависимы, и поломка даже такого маленького датчика может вызвать «цепную реакцию» неисправностей. А значит, поломки лучше устранять сразу, чтобы и дальше ездить без проблем.

О том, как выбрать новый ДМРВ, читайте наш «Гид покупателя».

Расходомер воздуха (что это?)

Что все-таки такой за зверь MAF-сенсор, как с ним бороться и побеждать?
Давайте представим себе довольно распространенную ситуацию: жаркий июль 2013 года. Семья из четырех человек, отец, мать и двое детей отправляются в пятницу вечером, прихватив с собой палатку на озеро. В субботу вечером, когда жара спала, семья решила привести в порядок машину. Пока мама с детьми натирала машину снаружи и внутри, папа решил сделать маленькое ТО, для любимого всей семьей автомобиля. Сказано — сделано! Заменен не менявшийся уже год салонный фильтр. Снята и промыта дроссельная заслонка. Заменены свечи. Заменен и уже сильно «уставший» воздушный фильтр.

Близится вечер воскресенья. Пора собираться домой. Палатка, котелки и другие пожитки занимают свое место в багажнике, экипаж- место в салоне. Ключ на старт! Движок радостно оживает. Папа включает селектор передач в положение «D», отпускает тормоз и… двигатель машины глохнет… На дисплее «чек» и треугольник с восклицательным знаком…

Но нас голыми руками не возьмешь! Папа отлично знает, что «накосячить» он не мог. Приуса он обслуживает самостоятельно уже 3 года, Как говорят «собаку съел». Из багажника достаются ключи и начинается проверка по кругу: заслонка, свечи, фильтр, разъемы. Все собрано правильно, а машина ехать домой не желает… Солнышко клонится к закату, делать нечего и выход один — эвакуатор.

В понедельник утром машинка на горбу «эвакуатора» попадает к нам в сервис. Клиент в красках рассказывает, как он пытался победить этого «железного тупого монстра» собственными силами. Сканер еще не подключен, заполняется заказ-наряд. Пока заполняю бланк, пытаюсь провести прямую диалоговую приемку: задаю вопросы про последнюю заправку, маркировку установленных свечей, наличие комаров при выполнении работ на озере…

Последний вопрос ввел папу в ступор, он не понял:
— Каких комаров!?
— Да самых обыкновенных, которые больно кусаются.
— Да их там просто тучи были.

Все! Сканер можно не подключать, диагноз поставлен. На глазах изумленного хозяина отстегиваем разъем датчика массового расхода воздуха, откручивает два самореза и вытаскиваем датчик. Точно! Один маленький кровопийца покончил жизнь самоубийством на раскаленных нитях ДМРВ! Сдуваем обугленный труп комара, ставим датчик на место и… о, чудо! На глазах изумленного хозяина, его мертвый железный конь оживает!

Как говорится: «а дело было не в бобине…».
Давайте теперь подробно рассмотрим, как маленький комарик мог убить такого большого железного монстра, как Приус!

Из чего состоит этот ДМРВ, кто его изобрел, как он устроен и как его обслуживать?

Для начала давайте посмотрим где он стоит и насколько удобно к нему подбираться (показано стрелкой):

Как видите, расположение очень удобное. А вблизи сенсор выглядит вот так:

Устройство и принцип работы ДМРВ

Для обеспечения оптимального процесса сгорания топлива и соблюдения заданных экологических стандартов требуется максимально точно определять массовый расход воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, в зависимости от режимов его работы. Контроль этого процесса может осуществляется целым набором датчиков: датчик давления воздуха, датчик температуры, но наиболее популярным из них является датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), который иногда еще называют расходомером. ДМРВ фиксирует количество (массу) воздуха, поступающего из атмосферы во впускной коллектор двигателя и передает эти данные электронному блоку управления для последующего расчета топливоподачи.

Виды и особенности работы расходомеров

Расшифровка аббревиатуры ДМРВ – датчик массового расхода воздуха. Устройство применяется в автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями. Он расположен во впускной системе между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и подключается к ЭБУ двигателя. При отсутствии или неисправности расходомера расчет количества поступающего воздуха осуществляется по положению дроссельной заслонки. Это не дает точного измерения, и на сложных режимах работы расход топлива повышается, поскольку массовый расход воздуха является ключевым параметром для вычисления количества впрыскиваемого топлива.

Принцип действия датчика массового расхода воздуха основан на измерении температуры воздушного потока, а потому этот тип расходомеров называют термоанемометрическими. Конструктивно различают два основных типа ДМРВ:

  • нитиевый (проволочный);
  • пленочный;
  • объемного типа с поворотной заслонкой (на данный момент практически не используется).

Конструкция и принцип действия проволочного датчика

Нитиевой ДМРВ имеет следующее устройство:

  • корпус;
  • измерительная трубка;
  • чувствительный элемент – платиновая проволока;
  • терморезистор;
  • преобразователь напряжения.

Платиновая нить и терморезистор представляют собой резистивный мост. При отсутствии воздушного потока платиновая нить постоянно подогревается до заданной температуры путем прохождения через нее электрического тока. Когда дроссельная заслонка открывается и начинается движение воздуха, чувствительный элемент охлаждается, что снижает его сопротивление. Это провоцирует увеличение “нагревающего” тока для уравновешивания моста.

Преобразователь трансформирует происходящие изменения силы тока в выходное напряжение, которое передается ЭБУ двигателя. Последний, исходя из существующей нелинейной зависимости, рассчитывает количество подаваемого в камеры сгорания топлива.

Эта конструкция имеет один существенный недостаток – со временем возникают неисправности. Чувствительный элемент изнашивается, и его точность падает. Также они могут загрязняться, но для решения этой проблемы проволочные датчики массового расхода воздуха, устанавливаемые в современных автомобилях, имеют режим самоочистки. Он предполагает кратковременный разогрев проволоки до 1000°С при выключенном двигателе, что приводит к сжиганию скопившихся загрязнений.

Схема и особенности работы пленочного ДМРВ

Принцип работы пленочного датчика во многом схож с нитиевым. Однако в этой конструкции есть несколько отличий. Вместо платиновой проволоки в качестве основного чувствительного элемента установлен кристалл кремния. Последний имеет платиновое напыление, состоящее из нескольких тончайших слоев (пленок). Каждый из слоев представляет собой отдельный резистор:

  • нагревательный;
  • терморезисторы (их два);
  • датчика температуры воздуха.

Кристалл с напылением помещен в корпус, который подключается в канал подачи воздуха. Он имеет особенную конструкцию, позволяющую выполнять измерение температуры не только входящего, но и отраженного потока. Поскольку всасывание воздуха достигается за счет разрежения, скорость движения потока очень высока, что препятствует скоплению загрязнений на чувствительном элементе.

Так же, как и в нитиевом датчике, чувствительный элемент нагревается до заданной температуры. При прохождении воздуха на терморезисторах возникает разница температур, на основе которой рассчитывается масса потока, поступающего из атмосферы. В таких конструкциях сигнал в ЭБУ двигателя может подаваться как в аналоговом формате (выходное напряжение), так и в более современном и удобном для обработки – цифровом.

Последствия и признаки неисправности ДМРВ

Как и для любого типа датчика двигателя, неисправности ДМРВ означают неверные расчеты ЭБУ двигателя и, как следствие, некорректная работа системы впрыска. Это может вызвать перерасход топлива или, напротив, недостаточную подачу, что снижает мощность мотора.

Наиболее яркие симптомы неисправности датчика:

  • Появление на приборной панели автомобиля сигнала “Check Engine”.
  • Существенное увеличение расхода топлива при обычном режиме эксплуатации.
  • Снижение интенсивности разгона двигателя.
  • Сложности с запуском двигателя и возникновение самопроизвольных остановок в его работе (мотор глохнет).
  • Работа только на одном определенном уровне оборотов (низкие или высокие).

Если вы обнаружили признаки неисправности датчика массового расхода воздуха, попробуйте отключить его. Увеличение мощности двигателя будет подтверждением поломки ДМРВ. В этом случае его потребуется промыть или заменить. При этом необходимо подбирать датчик, рекомендованный производителем автомобиля (то есть оригинальный).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector