▷ Датчик витрати повітря: пристрій, принцип роботи, перевірка

• Призначення і розшифровка абревіатури
• Види ДМРВ їх конструктивні особливості та принцип роботи
• взаємозамінність
• Перевірка працездатності
• Коротко про ремонт

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Для оптимальної роботи інжекторного двигуна внутрішнього згоряння (далі ДВС) слід враховувати, скільки повітряної суміші надходить в камери згоряння циліндрів. На підставі цих даних електронним блоком управління (далі ЕБУ) визначає умови подачі палива. Крім інформації з датчика масової витрати повітря, враховується його тиск і температура. Оскільки ДМРВ є найбільш значущими, розглянемо їх види, конструктивні особливості, можливості діагностики і заміни.

Призначення і розшифровка абревіатури

Витратоміри, вони ж волюметри або ДМРВ (не плутати з ДМРТ і ДВРМ), розшифровуються як датчики масової витрати повітря, встановлюються в автомобілях на дизелі або бензинових ДВС. Місце розташування даного датчика знайти нескладно, оскільки він контролює подачу повітря, то і шукати його слід у відповідній системі, а саме, після повітряного фільтра, на шляху до дросельної заслінки (ДЗ).

Підключення пристрою здійснюється до блоку управління ДВС. У тих випадках, коли ДМРВ знаходиться в несправному стані або відсутня, грубий розрахунок може бути зроблений виходячи з положення ДЗ. Але при такому способі вимірювання не можна забезпечити високу точність, що негайно призведе до перевитрати палива. Це ще раз вказує на ключову роль витратоміра при розрахунку подається через форсунки паливної маси.

Крім інформації з ДМРВ, блок управління також обробляє дані, що надходять з наступних пристроїв: ДРВ (датчик розподільного вала), ДД (вимірювач детонації), ДЗ, датчик температури системи охолодження, вимірювач кислотності (лямбда зонд) і т.д.

Види ДМРВ їх конструктивні особливості та принцип роботи

Найбільшого поширення набули три види волюметр:

• Дротові або Стек гілок.
• Плівкові.
• Об'ємні.

У перших двох принцип роботи побудований на отриманні відомостей про масу повітряного потоку шляхом вимірювання його температури. В останніх може бути задіяно два варіанти обліку:

1. Шляхом зміни положення повзунка, що приводиться в дію спеціальної лопатою, на яку впливає повітряний потік, що проходить через прилад. З огляду на наявність труться механізмів, рівень надійності таких конструкцій досить низький. Це стало основною причиною для відмови виробників авто від датчиків даного типу. Для ознайомлення наведемо спрощений приклад конструкції об'ємного витратоміра.

   

2. Підрахунком вихорів Кармана. Вони утворюються в тому випадку, якщо ламінарний повітряний потік буде омивати перешкоду, кромки якого досить гострі. Частота зриваються з них вихорів безпосередньо пов'язана зі швидкістю потоку повітря, що проходить через пристрій.

позначення:

• А - датчик вимірювання тиску, для фіксації проходження вихору. Тобто, частота тиску і утворення вихорів буде одна і та ж, що дає можливість виміряти витрату повітряної суміші. На виході за допомогою АЦП аналоговий сигнал перетворюється в цифровий, і передається в ЕБУ.
• В - спеціальні трубки, які формують повітряний потік, близький за властивостями до ламінарного.
• З - обвідні повітроводи.
• D - колона з гострими крайками, на яких формуються вихори Кармана.
• Е - отвори, що служить для виміру тиску.
• F - напрямок повітряного потоку.

дротові датчики

Стек гілок ДМРВ до недавнього часу був найбільш поширеним типом датчика, який встановлюється на вітчизняних автомобілях модельного ряду ГАЗ і ВАЗ. Приклад конструкції дротяного витратоміра показаний нижче.

позначення:

• А - Електронна плата.
• В - Роз'єм для підключення ДМРВ до ЕБУ.
• З - Регулювання CO.
• D - Кожух витратоміра.
• Е - Кільце.
• F - Дріт з платини.
• G - Резистор для термокомпенсации.
• Н - Тримач для кільця.
• I - Кожух електронної плати.

Принцип роботи і приклад функціональної схеми Нитяні волюметра.

Розібравшись з конструкцією пристрою, перейдемо до принципу його роботи, вона заснована на термоанемометрический методі, при якому терморезистор (RT), що нагрівається проходять через нього струмом, поміщають в повітряний потік. Під його впливом змінюється тепловіддача, а відповідно, і опір RT, що дозволяє обчислити об'ємну витрату повітряної суміші? використовуючи рівняння Кінга:

I ² * R = (K ₁ + K ₂ * _⎷ Q) * (T ₁ -T _2),

де I - струм, що проходить через RT і нагріває його до температури Т _1. При цьому Т ₂ - температура навколишнього середовища, а _К1 і _К2 - незмінні коефіцієнти.

Виходячи з наведеної вище формули, можна вивести величину об'ємної витрати повітряного потоку:

Q = (1 / К ₂₎ * (I ² * R _T / (T ₁ - T ₂₎ - K ₁₎

Приклад функціональної схеми з мостовим включенням термоелементів наведено нижче.

позначення:

• Q- вимірюваний повітряний потік.
• У - підсилювач сигналу.
• R _T - дротове термоопір, як правило виготовляється з платинової або вольфрамової нитки, товщина якої знаходиться в межах 5, 0-20, 0 мкм.
• _R R - термокомпенсатором.
• R ₁ -R ₃ - звичайні опору.

Коли швидкість потоку близька до нуля, RT нагрівається до певної температури проходить через нього струмом, що дозволяє мосту утримуватися в рівновазі. Як тільки потік повітряної суміші посилюється, терморезистор починає охолоджуватися, що призводить до зміни його внутрішнього опору, і, як наслідок, порушення рівноваги в мостовій схемі. В результаті цього процесу на виході підсилювального блоку утворюється струм, який частково проходить через термокомпенсатором, що призводить до виділення тепла і дозволяє компенсувати його втрату від потоку повітряної суміші і відновлює рівновагу моста.

Описаний процес дозволяє розрахувати витрати повітряної суміші, оперуючи величиною струму, що проходить через міст. Щоб сигнал сприймався ЕБУ, він перетворюється в цифровий або аналоговий формат. Перший дозволяє визначити витрата по частоті вихідної напруги, другий - за його рівнем.

У даній реалізації є істотний недолік - висока температурна похибка, тому багато виробників додають в конструкцію терморезистор аналогічний основному, але не піддають його впливаю повітряного потоку.

В процесі роботи на дротовому терморезисторами можуть накопичуватися пилові або грязьові нашарування, щоб не допустити цього, даний елемент піддається короткостроковим високотемпературного нагріву. Він проводиться після відключення ДВС.

плівкові воздухомер

Плівковий ДМРВ працює за тим же принципом, що і Стек гілок. Основні відмінності полягають в конструктивному виконанні. Зокрема, замість дротяного опору з платинової нитки використовується кремнієвий кристал. Він покритий декількома шарами платинового напилення, кожен з яких відіграє певну функціональну роль, а саме:

• Температурного датчика.
• Термосопротивления (як правило, їх два).
• Нагрівального (компенсаційного) резистора.

Даний кристал встановлюється в захисний кожух і поміщається в спеціальний канал, через який проходить повітряна суміш. Геометрія каналу виконана таким чином, щоб температурні вимірювання знімалися не тільки з вхідного потоку, а й відбитого. Завдяки створеним умовам досягається висока швидкість руху повітряної суміші, що не сприяє відкладенню пилу або бруду на захисному корпусі кристала.

позначення:

• А - Корпус витратоміра, в який вставляється вимірювальне пристосування (Е).
• В - Контакти роз'єму, який підключається до ЕБУ.
• З - Чутливий елемент (кремінний кристал з декількома шарами напилення, поміщений в захисний кожух).
• D - Електронний контролер, за допомогою якого проводиться попередня обробка сигналів.
• Е - Корпус вимірювального пристосування.
• F - Канал, конфігурований таким чином, щоб знімати теплові показники з відбитого і вхідного потоку.
• G - Вимірюваний потік повітряної суміші.

Як уже згадувалося вище, принцип роботи Нитяні і плівкових датчиків аналогічні. Тобто, спочатку проводиться нагрів чутливого елемента до температури. Потік повітряної суміші охолоджує термоелемент, що робить можливим провести розрахунок маси повітряної суміші, що проходить через датчик.

Як і в Нитяні пристроях, що виходить сигнал може бути аналоговим або перетворюватися за допомогою АЦП в цифровий формат.

Слід зауважити, що похибка Нитяні волюметр близько 1%, у плівкових аналогів даний параметр близько 4%. Тим не менше, більшість виробників перейшли на плівкові датчики. Це пояснюється як більш низькою вартістю останніх, так і розширеним функціоналом ЕБУ, що обробляють інформацію з даних пристроїв. Ці фактори відсунули на другий план точність приладів і їх швидкодія.

Слід зазначити, що завдяки розвитку технології виготовлення флеш-мікроконтролерів, а також впровадження нових рішень вдалося істотно знизити похибка збільшити швидкодію плівкових конструкцій.

взаємозамінність

Дане питання досить актуальне, особливо беручи до уваги вартість оригінальних виробів імпортного автопрому. Але тут не все так просто, наведемо приклад. У перших серійних моделях горьковского автозаводу на інжекторні волги встановлювався ДМРВ БОШ (Bosh). Трохи пізніше імпортні датчики і контролери замінили вітчизняні вироби.

Конструктивно ці вироби практично не відрізнялися за винятком декількох конструктивних особливостей, а саме:

• Діаметр дроту, використовуваного в дротовому терморезисторами. У бошівських виробів Ø 0, 07 мм, а у вітчизняній продукції - Ø0, 10 мм.
• Спосіб кріплення проводу, він відрізняється типом зварювання. У імпортних датчиків це контактне зварювання, у вітчизняних виробів - лазерна.
• Форма Нитяні терморезистора. У Bosh він має П-подібну геометрію, АПЗ випускає прилади з V-подібною ниткою, вироби АОКБ «Імпульс» відрізняються квадратною формою підвіски нитки.

Всі наведені як приклад датчики були взаємозамінні, поки Горьковський автозавод не перейшов на плівкові аналоги. Причини переходу були описані вище.

Наводити вітчизняний аналог зображеному на малюнку датчику не має сенсу, оскільки зовні він практично не відрізняється.

Слід зазначити, що при переході з Нитяні приладів на плівкові, швидше за все, буде потрібно міняти всю систему, а саме: сам датчик, з'єднувальний провід від нього до ЕБУ, і, власне сам контролер. У деяких випадках контроль може бути адаптований (перепрошитий) під роботу з іншим датчиком. Така проблема пов'язана з тим, що більшість Нитяні витратомірів посилають аналогові сигнали, а плівкові - цифрові.

Слід зазначити, що на перші серійні автомобілі ВАЗ з інжекторним двигуном встановлювався Стек гілок ДМРВ (виробництва GM) з цифровим виходом, як приклад можна привести моделі 2107, 2109, 2110 і т.д. Зараз в них встановлюється ДМРВ БОШ 0 280 218 004.

Для підбору аналогів можна скористатися інформацією з офіційних джерел, або тематичних форумів. Для прикладу нижче наведено таблицю взаємозамінності ДМРВ для автомобілів ВАЗ.

Представлена таблиця наочно показує, що, наприклад, датчик ДМРВ 0-280-218-116 сумісний з двигунами ВАЗ 21124 і 21214, але не підходить до 2114, 2112 (в тому числі і на 16 клапанів). Відповідно можна знайти інформацію і по інших моделях ВАЗ (наприклад, Лада Гранта, Калина, Пріора, 21099, 2115, Нива Шевроле і т.д.).

Як правило, не виникне проблем і з іншими марками авто вітчизняного або спільного виробництва (УАЗ Патріот ЗМЗ 409, ДЕУ Ланос або Нексія), підібрати заміну ДМРВ для них не складе проблеми, це ж стосується і виробів китайського автопрому (КIA Ceed, Спектра, Спортейдж і т.д.). Але в цьому випадку велика ймовірність, що терморегулятори ДМРВ може не збігатися, виправити ситуацію допоможе паяльник.

Значно складніше йде справа з європейськими, американськими і японськими авто. Тому, якщо у вас Тойота, Фольксваген Пассат, Субару, Мерседес, Форд Фокус, Нісан Прем'єра Р12, Рено Меган або інше європейське, американське або японський авто, перш, ніж робити заміну ДМРВ, необхідно ретельно зважити всі варіанти рішення.

Якщо цікаво, можете пошукати в мережі епопею зі спробою заміни на Ніссані Альмера Н16 «рідного» воздухомер аналогом. Одна зі спроб призвела до надмірної витрати палива навіть на холостому ходу.

У деяких випадках пошук аналого буде виправданим, особливо, якщо взяти до уваги вартість «рідного» волюметра (як приклад можна привести БМВ Е160 або Ніссан Х-Трейл Т30).

Перевірка працездатності

Перш, ніж проводити діагностику ДМРВ, необхідно знати симптоми, що дозволяють визначити ступінь працездатності МАФ (абревіатура з англійської назви приладу) сенсора в автомобілі. Перелічимо основні ознаки несправності:

• Істотно збільшився витрата паливної суміші, одночасно з цим сповільнилося розгін.
• ДВС на холостому ходу працює з ривками. При цьому може спостерігатися в холостому режимі зниження або збільшення оборотів.
• Двигун не стартує. Власне, ця причина сама по собі не говорить про те, що витратомір в автомобілі несправний, можуть бути й інші причини.
• Виводиться повідомлення про проблему з двигуном (Cheeck Engine)

Ці ознаки вказують на можливу несправність ДМРВ, щоб точно встановити причину поломки необхідно виконати діагностику. Це нескладно зробити своїми руками. Значно спростити завдання допоможе підключення до ЕБУ діагностичного адаптера (якщо дана опція можлива), після чого за кодом помилки визначити справність або несправність сенсора. Наприклад, помилка p0100 вказує на несправність ланцюга витратоміра.

Але якщо треба буде провести діагностику на вітчизняних авто, випущених 10 років тому або більше, то перевірка ДМРВ може бути здійснена одним із таких способів:

1. Тестування в процесі руху.
2. Діагностика із застосуванням мультиметра або тестера.
3. Зовнішній огляд сенсора.
4. Установка однотипного, свідомо справного пристрою.

Розглянемо кожен з перелічених способів.

Тестування в процесі руху

Найпростіше зробити перевірку, аналізуючи поведінку ДВС при відключеному сенсорі МАФ. Алгоритм дій наступний:

• Необхідно відкрити капот, відключити витратомір, закрити капот.
• Заводимо машину, при цьому ДВС переходить в аварійний режим роботи. Відповідно, на приладовій дошці висвітиться повідомлення про проблему з двигуном (див. Рис. 10). Кількість подається паливної суміші буде залежати від положення ДЗ.
• Перевірте динаміку авто і порівняйте її з тією, що була до відключення сенсора. Якщо автомобіль став більш динамічний, а також зросла потужність, то це з великою часткою ймовірності вказує на те, що датчик масової витрати повітря несправний.

Зауважимо, що можна їздити і далі при відключеному пристрої, але робити це вкрай не рекомендується. По-перше, збільшується витрата паливної суміші, по-друге відсутність контролю над регулятором кисню призводить привід до підвищення забруднень.

Діагностика із застосуванням мультиметра або тестера

Ознаки несправності ДМРВ можна встановити, підключивши чорний щуп до заземлення, а червоний на вхід сигналу сенсора (терморегулятори можна подивитися в паспорті до пристрою, там же вказані і основні параметри).

Далі встановлюємо кордону вимірювання в межі 2, 0 У включаємо запалювання і виробляємо вимірювання. Якщо прилад нічого не відображає, необхідно перевірити правильність підключення щупів до маси і сигналу витратоміра. За свідченнями приладу можна судити про загальний стан пристрою:

• Напруга 0, 99-1, 01 В говорить про те, що сенсор новий і працює справно.
• 1, 01-1, 02 В - прилад БО, але стан його гарне.
• 1, 02-1, 03 В - вказує, що пристрій все ще працездатний.
• 1, 03 -1, 04 стан наближається до критичного, тобто найближчим часом необхідна заміна ДМРВ на новий сенсор.
• 1, 04-1, 05 - ресурси приладу практично вичерпалися.
• Понад 1, 05 - однозначно потрібен новий ДМРВ.

Тобто, правильно судити про стан сенсора можна по напрузі, низький рівень сигналу свідчить про працездатному стані.

Зовнішній огляд сенсора

Даний спосіб діагностики є не менш дієвим, ніж попередні. Все, що необхідно, - зняти сенсор і оцінити його стан.

Характерні ознаки несправності - механічні пошкодження і рідина в приладі. Останнє свідчить про те, що не відрегульоване система подачі масла в двигун. Якщо сенсор сильно забруднений, то слід зробити заміну або очищення повітряного фільтра.

Установка однотипного, свідомо справного пристрою

Даний спосіб дає практично завжди ясну відповідь на питання працездатності сенсора. На даний спосіб на практиці досить складно реалізувати, не купуючи новий прилад.

Коротко про ремонт

Як правило, що прийшли в непридатність сенсори МАФ не підлягають ремонту, за винятком тих випадків, коли вимагає їх промивка та чистка.

У деяких випадках можна зробити ремонт плати об'ємного ДМРВ, але цей процес ненадовго продовжить життя приладу. Що стосується плат в плівкових сенсорах, то без спеціального обладнання (наприклад, програматора для мікроконтролера), а також навичок і досвіду, намагатися їх відновити безглуздо.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!