Датчик за масов дебит на въздуха (MAF): как работи, симптоми, проблеми, тестване

Датчикът за въздушен поток (MAF) е един от ключовите компоненти на електронната система за впръскване на гориво във вашия автомобил. Той е инсталиран между въздушния филтър и всмукателния колектор на двигателя. Сензорът за масовия въздушен поток измерва количеството въздух, постъпващ в двигателя, или въздушния поток В съвременните автомобили в сензора за масовия въздух е вграден сензор за температурата на входящия въздух или IAT сензор.

Преобразувателят за разхода на въздух (mass air flow sensor – MAF).

Използва се за намиране на масовия дебит на въздуха, влизащ в двигателя с впръскване на гориво. Тази маса на въздуха е необходима на ЕБУ да прецени и достави точната маса гориво до двигателя. Въздуха променя своята плътност т.к. той се разширява и свива според температурата и налягането. В автомобилите плътността на въздуха се променя според околната температура , височината и използването на принудително всмукване, което означава, че MAF сензорите са по-подходящи от обемните сензори за определяне на количеството на входящ въздух във всеки работен такт.

Известни са три типа  MAF сензори, използвани в автомобилите:

• Клапанен тип;
• Тип нажежаема жичка;
• Тип нажежаем слой.

Няма технология, която да измерва масата на въздуха директно. Все пак, с допълнителни сензори и входове ЕБУ може да определи масовия дебит на входящия въздух. И трите сензора се използват при двигателите с електронно впръскване на горивото. И при трите сензора изходното напрежение се изменя от 0 до 5V или е широчинно-импулсно модулирано, като сигнала е пропорционален на масовия дебит на въздуха. И трите сензора имат сензор за измерване на температурата на засмуквания въздух, който е вграден в тях. Когато MAF сензора се използва заедно с кислородния сензор съотношението гориво/въздух може да се контролира много точно. Преобразувател клапанен тип  (VAF meter – vane air flow meter) – обикновено се монтира между въздушния филтър и корпуса на дроселовата клапа. Определено количество въздух, засмукван от двигателя, предизвиква отваряне на клапата. Подвижният клапан застава под ъгъл, зависещ от налягането на постъпващия въздушен поток и от силата на пружината. От подвижният край на потенциометъра се снема сигнал, съответствуващ на положението на клапана. Към неподвижният клапан е закрепен неподвижно компенсационния клапан, който има същия размер. Предназначението му е да уравновеси силите, които могат да въздействат на пoдвижния клапан в случай на моментно падане на налягането, както и да не позволи бързо движение или вибрации на измервателния клапан. По този начин системата е защитена от влиянието на вибрациите върху точността на измерване. Компенсационният клапан намалява вибрациите в системата благодарение на наличието на гасящата камера. Освен това подвижният клапан е снабден с възвратен клапан, който защитава разходoмера от повреда в случай, че в двигателя се получи детонационно запалване. Определено неголямо количество въздух, което не подлежи на измерване, преминава през обходния канал, чието сечение може да се променя чрез регулировъчния винт. По този начин може да се измени съотношението на горивото и въздуха в сместта по време на работата на двигателя на празен ход и да се коригира съдържанието на СО в изгорелите газове. Чрез завъртане на винта по часовниковата стрелка горивовъздушната смес се обогатява, а в посока обратна на часовниковата стрелка – сместа става по-бедна. За да не се получи случайно изменение на регулировъчните параметри, винтът се фиксира с предпазителя.

Този тип сензори имат следните недостатъци:

• намаляват въздушния поток, което ограничава полезната мощност на двигателя;
• механичният или електрическият контакт може да се износи;
• намирането на подходящо място в отделението на двигателя е проблемно;
• клапанът трябва да бъде подходящо ориентиран по отношение на земната гравитация.

Резисторът r₂ (свързан паралелно на r₁) позволява измерването на количеството въздух при прекъсване на веригата на главния потенциометър r1. Този преобразувател има също вграден ключ, който поддържа работата на горивната помпа след стартиране на двигателя и започване на преминаването на въздух през преобразувателя.

Съществуват два типа VAF метри

При стария тип напрежението върху потенциометъра е равно на напрежението на батерията, като сигналното напрежение нараства с нарастването на количеството въздух .

При новия тип потенциометъра се захранва с напрежение 5V, като сигналното напрежение намалява с нарастване на натоварването.

Преобразувател тип нагреваема жичка (МАF) – има възможност да измерва много точно обема, температурата и плътността на въздуха при всички надморски височини. Преобразувателят може да бъде монтиран в смукателния тръбопровод между въздушния филтър и двигателя или в корпуса на дросела. В зависимост от системата към него се подава опорно напрежение от 5V или акумулаторно напрежение от 12V. Въздухът преминава през корпуса на MAF към двигателя. Малко количество от този въздух се прекарва през байпасен канал, в който има два проводника, известни като чувствителен проводник и компенсиращ проводник. Състои се от термистор, платинов нагревателен проводник и електронен блок за управление. Термисторът измерва температурата на входящия въздух. Горещият проводник се поддържа с постоянна температура по отношение на температурата на термистора чрез електронния блок (около 100⁰ ) . Нарастването на въздушния поток предизвиква намаляване на температурата  на нагорещения проводник, което води до намаляване на неговото съпротивление. ЕБУ компенсира това намаляване на температурата чрез нарастване на тока в нагревателния проводник. ЕБУ измерва протичащият ток и го превръща в напрежение, пропорционално на протичащия ток. Стойността на това напрежение се определя от обема, температурата и плътността на засмуквания въздух. Този тип преобразувател позволява разликите в надморската височина да бъдат компенсирани и дава възможност на ЕБУ да изчисли точно съотношението на горивната смес при всякакви условия.

Предимства на AFS с нажежаема жичка:

• бързо реагиране на промените във въздушния поток;
• малко ограничение на движението на въздуха;
• по-малки габарити;
• по-малка чувствителност към мястото на монтиране и ориентацията;
• липсата на подвижни части подобрява дълготрайността;
• по-евтин;
• не се изискват отделни сензори за температура и налягане (за да се определи масата на въздуха)
• Недостатъци

• замърсявания или масло може да зацапат горещата жичка и да влошат нейната точност;
• монтирането изисква ламинарен поток през горещата жичка.

Преобразувател за разход на въздух тип нагреваем слой.

Корпусът на аналоговия преобразувател за разход на въздух тип нагреваем слой е разположен в измервателна тръба, която може да бъде с различен диаметър в зависимост от дебита въздух необходим за работата на двигателя.

1– електрически контакти ; 2 – гъвкав тръбопровод, измервателна тръба ; 3 – електронен блок ; 4 – чувствителен елемент (нагреваем слой) ; 5 – корпус на преобразувателя ; 6 – измервателен канал за частичния поток ; 7 – изход на измервателния канал ; 8 – вход на измервателния канал

Най-важните компоненти на преобразувателя на натоварване са измервателният елемент на входящия въздух и интегрираният електронен блок. Измервателният елемент е монтиран върху полупроводникова подложка. Чувствителната повърхност е оформена от миниатюрна мембрана, съставена от чувствителни към температурата резистори. Електронните компоненти са монтирани върху керамична подложка и имат връзка с ЕБУ чрез електрически контакти. Измервателният канал е оформен така, че част от въздуха протича през измервателния елемент гладко (без да се завихря) и се връща в пълнителния тръбопровод през отвора. Дължината и местоположението на входа и изхода на канала за частично измерване на постъпващия в двигателя въздушен поток са съобразени с изискването да се осигури максимално добра работа на преобразувателя на натоварване и точни резултати, дори в случай на големи и резки пулсации на въздушния поток. В измервателна тръба обикновено е монтиран и изправител на потока което гарантира, че потокът в измервателната тръба е еднакъв във всяка точка. Изправителят на потока може да бъде комбинация от еластична пластмасова решетка и метална мрежа или само метална мрежа.

Принцип на действие. Централно разположеният нагревател в измервателния елемент загрява чувствителната мембраната до определена постоянна температура. Температурата пада рязко от всяка страна на контролираната зона на загряване. Разпределението на температурата върху мембраната се отчита от два терморезистора, които са монтирани симетрично спрямо нагревателя. Без поток от входящ въздух, профилът на температурната крива е еднакъв от двете страни на нагряваната зона (T₁ = T₂). Веднага след като въздухът премине през измервателната камера, температурната крива на мембраната се променя. На входната страна температурната характеристика е по-стръмна, тъй като преминаващият входящ въздух я охлажда . От другата страна температурната характеристика се променя незначително, защото преминалият входящ въздух се загрява от нагревателя. Промяната в разпределението на температурата води до температурна разлика (ΔТ) между точките на измерване. Топлината, разсейвана във въздуха и следователно температурната характеристика на измервателния елемент зависи от преминалия въздушен поток (въздушна маса). Температурната разлика (независимо от абсолютната температура на постъпващия въздушен поток) определя масата на въздушния поток. Отчита се и посоката на въздушния поток, тъй като преобразувателят за разход на въздух освен масата на въздушния поток може да определи и неговата посока. Благодарение на много тънката микромеханична мембрана преобразувателят е с много голямо бързодействие (<15 ms), което е от особено значение при силно пулсиращ входящ въздушен поток.

Интегрираната в преобразувателя за разход на въздух електроника преобразува разликата в съпротивлението между точките на измерване в аналогов сигнал със стойност на напрежение между 0÷5 V. Характеристиката се изпраща в ЕБУ, измереното напрежение се превръща в стойност, съответстваща на дебита на постъпващия в двигателя въздух (кг/ч) . Неточни показания могат бъдат регистрирани, ако мембраната е замърсена с прах, вода или масло. С цел повишаване на стабилността и безопасната работа на преобразувателя за разход на въздух е монтирана защитна мрежа, която да отклонява (спира) замърсена вода и прах от сензорния елемент.

Чувствителният елемент включва: керамична основа, съдържаща редуващи се дебелослойни резистори, поставени чрез ситопечатна технология; термистор за измерване на температурата R_Т, нагреваем резистор R_H, сензорен резистор R_S  и тример R₁. Нагреваемият резистор R_H поддържа постоянна температура на платиненият резистор R_S над тази на входящия въздух. Двата резистора са в близък топлинен контакт. Температурата на входящия въздух влияе на резистора R_T с който тримерът R₁ е свързан последователно. Той компенсира чувствителността на мостовата схема за целият работен обхват. Едното рамо на моста обхваща резисторите R₂ и R_T, докато спомагателният резистор R₃ и сензорният резистор R_S формират другото рамо. Разликата в напрежението между двете рамена е извод от диагонала на моста и се използва като измервателен сигнал.

Симптоми на дефектен сензор за дебит на въздуха

Неизправен сензор за масов дебит на въздуха ще причини проблеми, подобни на ниска компресия или нисък вакуум, а също така ще покаже симптоми, подобни на тези, когато автомобилът ви има ниско налягане на гориво от дефектна горивна помпа. Ето някои от най-честите симптоми на дефектен сензор за масов въздушен поток:

• Двигателят е много труден за стартиране
• Двигателят спира, малко след стартирането
• Двигателят се колебае или влачи, докато е под товар или на празен ход
• Вълнение и трептене по време на ускорение
• Двигателят хълца
• СЪОТНОШЕНИЕТО НА ВЪЗДУХ, ГОРИВО Е ТВЪРДЕ БОГАТО