Для чего нужен 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 – , 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:

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.

Для корректной работы двигателя внутреннего сгорания необходимо образование топливовоздушной смеси. От правильной пропорции ее компонентов зависит весь процесс сгорания топлива. За поступление воздуха в мотор отвечает датчик, о котором мы расскажем ниже.

Как расшифровывается ДМРВ?

Расшифровка аббревиатуры: датчик массового расхода воздуха. Это важный прибор, находящийся во впускном тракте между впуском силового агрегата и воздушным фильтром.

За что отвечает ДМРВ и для чего он нужен?

Основная задача датчика — информирование электронного блока управления о том, какое количество воздуха перемещается в камеру сгорания мотора. В отличие от карбюраторного мотора, где формирование рабочей смеси происходит в карбюраторе, инжекторный силовой агрегат производит ее в цилиндрах. В инжекторе всасывание воздушной массы происходит путём разряжения, а впрыск бензина — при помощи форсунок.

Впрыск производится определенными дозами. Датчики передают информацию на электронный блок управления, который делит впрыск на порции. Доза горючего зависит от скорости вращения коленчатого вала, его положения и количества воздушной массы, которая перемещается в цилиндры. Прибор ДМРВ помогает электронике уравновесить топливную смесь, обеспечивая нормальную работу двигательной системы.

Устройство датчика массового расхода воздуха

Устройство ДМРВ предполагает наличие таких элементов:

• корпус;
• соединение;
• горячий провод;
• холодный провод;
• экран.

Воздушная смесь проникает в цилиндры по патрубку через фильтрующую систему. Датчик Maf монтирован в корпус фильтра и присоединен к патрубку. Все стыковки полностью герметичны, что делает невозможным проход воздуха, поэтому датчик безошибочно определяет объем чистой воздушной массы из фильтра. Информация об этом отправляется на ЭБУ.

Основная деталь датчика — канал для прохода воздуха. Она сделана из пластика, внутри расположен тонкий (70 мкм) провод из платины. Когда двигатель начинает работать, происходит накаливание проводка — он нагревается до 100 градусов.

Конструкция прибора проста. Объём прошедшего сквозь трубку воздуха определяется степенью нагрева платинового провода. Все расчеты производятся в ЭБУ. В конструкцию входят также резисторы — они нужны, чтобы поправлять и стабилизировать величину силы тока. Из-за присутствия в конструкции расходомера платиновой нити его почти невозможно отремонтировать. Этот фактор влияет и на его немаленькую цену — около 2 000 руб.

Как работает ДМРВ?

Когда включается двигатель, платиновый провод нагревается. Он размещен точно в середине выполненного из пластика канала и является плечом резисторного моста. Напряжение тока в цепи все время на одном уровне, поэтому температура неизменна. Водитель нажимает на педаль газа — происходит открытие заслонки дросселя, воздушная масса начинает поступать в топливную систему.

Воздух остужает платиновую нить, ее сопротивление падает. Электроника берет данные изменения на заметку и увеличивает силу тока для нагрева проволоки до определенного значения. Когда температура стабилизируется, вся система приходит в состояние сбалансированности — соотношение температуры провода и его сопротивления благоприятно. Изменения проходящего по проводку тока находятся в диапазоне 500-1200 мкА. Калибровочный резистор пересылает сигнал ЭБУ, который в свою очередь определяет, сколько нужно смеси по топливной карте.

Принцип работы датчика массового расхода воздуха можно рассмотреть на простом примере. Автомобиль выезжает на трассу и увеличивает скорость. Топливо поступает в большем объеме, а от объёма поступающего топлива зависит и необходимый объем воздушной массы. Чем больше топлива, тем больше нужно воздуха.

Фильтр необходим для очистки воздуха от посторонних частиц. При сбросе скорости объём воздуха тоже должен снижаться, иначе двигатель остановится.

Виды ДМРВ

Работа первых расходомеров основывалась на принципе смены сопротивляемости резистора. Находящаяся в корпусе прибора пластина изгибалась под воздушным потоком. Все просто: чем больше воздуха, тем сильнее гнется пластина. Сопротивление резистора меняется, ЭБУ получает информацию об объеме воздушной массы.

В популярных расходомерах используют 2 нити из платины — рабочий провод и контрольный провод. Они нагреваются до одинаковой температуры. Во время работы двигателя происходит обдувание рабочего провода воздухом. Чтобы температура нагрева была идентичной температуре контрольного провода, автоматическая система увеличивает на ней напряжение. Объем воздушной массы определяется разностью тока, проходящего через рабочий провод.

В современных расходомерах применяют также кремневые пластины, на которые платина нанесена способом напыления. Эта пластина и есть измеритель.

Признаки неисправности и последствия поломки расходомера

Судить о неисправности прибора можно по следующим признакам:

• машину трудно заводить;
• горит «Check Engine»;
• топливо расходуется в большем объеме;
• динамика увеличения скоростного режима ухудшилась;
• плавающие обороты на холостом ходу.

Расходомеры обеспечивают образование качественной смеси. Если устройство перестанет работать корректно, мотор утратит мощность, ходовые характеристики уменьшатся. Если датчик полностью выйдет из строя, двигатель не заведется.

Нужно периодически проводить диагностику воздушного фильтра. Именно от его состояния зависит качество работы датчика расхода воздуха. Не забывайте и про состояние поршневой системы. Если случится выброс рабочей смеси в дроссель, поломка расходомера неизбежна.

Источник: automotogid.ru