المواضيع:
- مقدمة
- مقياس كتلة الهواء التناظري
- مقياس كتلة الهواء الرقمي
- قراءة القيم المقاسة باستخدام معدات التشخيص
- عواقب وجود خلل في مقياس كتلة الهواء
- تشغيل جهاز قياس كتلة الهواء
مقدمة:
يتم تركيب مقياس كتلة الهواء بين غلاف مرشح الهواء ومشعب السحب.
يمر كل الهواء الممتص عبر مقياس كتلة الهواء. في محرك السحب الطبيعي، يتم امتصاص الهواء عن طريق الضغط المنخفض في الأسطوانات، وفي محرك مزود بشاحن توربيني، يتم امتصاص الهواء من خلال عجلة الضاغط. يقيس مقياس كتلة الهواء كمية الهواء المتدفق إلى المحرك. وبناءً على هذه البيانات، يمكن تحديد كمية الوقود المراد حقنها، من بين أمور أخرى، باستخدام القيم المميزة في وحدة التحكم في المحرك.
جهاز قياس كتلة الهواء متوفر في نسختين:
- إشارة الإخراج التناظرية: يعتمد مستوى الجهد على القيمة المقاسة. ويسمى هذا أيضًا بإشارة AM (تعديل السعة)؛
- إشارة الخرج الرقمي: تقوم الإلكترونيات الموجودة في المستشعر بإنشاء إشارة رقمية على شكل تردد. تختلف إشارة FM (تعديل التردد) مع زيادة حجم الهواء.
تشرح الفقرات التالية الفرق بين أجهزة قياس كتلة الهواء التناظرية والرقمية مع أمثلة للقياسات. تشرح الفقرة الأخيرة عمل جهاز قياس كتلة الهواء على مستوى المكونات.
مقياس كتلة الهواء التناظري:
جهد الإمداد بهذا المستشعر هو 12 فولت. تكون إشارة الجهد التناظرية لهذا المستشعر بشكل عام (حسب العلامة التجارية والنوع):
- تشغيل الإشعال، عدم تدفق الهواء: 0,2 - 1,5 فولت.
- تباطؤ المحرك: 1,5 – 3,0 فولت.
- التسارع مع دواسة الوقود المفتوحة بالكامل: بحد أقصى 4,5 فولت.
يوضح الرسم البياني تطور الجهد مقارنة بكتلة الهواء المقاسة بالجرام في الثانية. يمكننا قياس الجهد بمقياس متعدد.
مقياس كتلة الهواء الرقمي:
يشير تردد الإشارة إلى مقدار الهواء الذي مر عبر المستشعر. يتراوح جهد الإشارة دائمًا بين 0 و 5 فولت. يشير التردد إلى عدد مرات تكرار الإشارة خلال فترة ثانية واحدة. عندما نقيس إشارتين في ثانية واحدة باستخدام راسم الذبذبات، فإننا نتحدث عن 2 هرتز. ومن الناحية العملية نرى أن التردد أعلى بكثير. بشكل عام، تطبق الشركات المصنعة الترددات التالية:
- ثابتة: 2 - 2,5 كيلو هرتز (2000 - 2500 هرتز)
- سرعة عالية: تصل إلى 6 - 6,5 كيلو هرتز
يزداد التردد بما يتناسب مع زيادة تدفق الهواء. إذا رأيت قممًا غير طبيعية في الإشارة، أو تم قياس تردد منخفض جدًا بسرعة عالية، فقد يشير ذلك إلى أن جهاز قياس كتلة الهواء متسخ أو معيب. الصور أدناه توضح قياسين من جهاز قياس كتلة الهواء الرقمي.
يوضح قياس الجهد تطور الجهد مع مرور الوقت. توضح هذه الصورة أن الجهد يتغير باستمرار بين 0,5 و 4,5 فولت. ومع زيادة تدفق الهواء (عند زيادة السرعة)، يصبح الوقت بين الخطوط الصاعدة والهابطة أقل. تصبح النبضات أرق وأقرب من بعضها البعض. لا يمكن إجراء التشخيص الصحيح باستخدام صورة النطاق هذه.
يوفر القياس الذي تقيس فيه القناة A الجهد وتقيس القناة B التردد فكرة عن تشغيل مقياس كتلة الهواء. يتم أخذ القياسات على مدى فترة زمنية أكبر، مما يجعلها تبدو كما لو أن النبضات الزرقاء للقناة A متجاورة مع بعضها البعض. ولكن هذا ليس هو الحال؛ بسبب التصغير، من الصعب التمييز بين الفولتية العلوية والسفلية.
يشير الخط الأحمر (القناة B) إلى تردد الإشارة. كلما اقتربت نبضات الجهد من بعضها البعض، كلما ارتفع الخط الأحمر. عند التسارع إلى سرعة عالية والمركبة مفتوحة بالكامل، يستمر التردد في الزيادة حتى يتم تحرير دواسة الوقود. يشير ارتفاع الخط الأحمر إلى الحد الأقصى لتردد الإشارة. يمكن مقارنة هذه البيانات ببيانات المصنع أو بقيمة محسوبة. سنناقش هذا بمزيد من التفصيل في القسم التالي.
في الرسم البياني أدناه لسيارة Volkswagen Golf 6 2.0 tdi، يشير رمز المكون G70 إلى مقياس كتلة الهواء الرقمي.
- يتم توصيل الدبوس 1 من جهاز قياس كتلة الهواء بالدبوس 18 من وحدة التحكم الإلكترونية في المحرك. هذا هو سلك الإشارة الذي يرسل من خلاله جهاز قياس كتلة الهواء القيمة المقاسة إلى وحدة التحكم الإلكترونية؛
- الدبوس 2: سلك الإشارة مستشعر درجة حرارة الهواء. تم دمج هذا المستشعر في مبيت جهاز قياس كتلة الهواء؛
- دبوس 4: الأرض؛
- الدبوس 5: يتم توصيله بالمنصهر عبر المرجع 23 في الرسم التخطيطي. يتم تزويد جهاز قياس كتلة الهواء بجهد 12 فولت.
يمكننا قياس الإشارة التي يتم إرسالها إلى وحدة التحكم الإلكترونية على الطرف 1 من جهاز قياس كتلة الهواء. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان هناك واحد، يمكننا ذلك صندوق الاختراق متاحًا، تحقق مما إذا كانت هذه الإشارة تصل أيضًا بشكل صحيح إلى الطرف 18 من وحدة التحكم الإلكترونية. إذا كانت هذه الإشارات تختلف عن بعضها البعض، فيمكننا قياس فرق الجهد عبر هذا السلك (المنفذ 1 من LMM مقارنة بالمنفذ 18 من وحدة التحكم الإلكترونية).
يمكن أن يؤثر الجهد المنخفض جدًا لإمداد المستشعر على إشارة المستشعر. ولهذا السبب يجب علينا أيضًا التحقق من التوصيلات الإيجابية والأرضية. نقوم بتوصيل الفولتميتر أو راسم الذبذبات بالمنفذين 4 و 5 ونتحقق مما إذا كنا نقيس جهدًا يساوي تقريبًا جهد البطارية. إذا كان الجهد منخفضًا جدًا، فقد نكون نتعامل مع أ مقاومة التحول في السلك الموجب أو السلك الأرضي الذي يمكننا اكتشافه باستخدام قياس V4.
قراءة القيم المقاسة باستخدام معدات التشخيص:
يقوم نظام إدارة المحرك بحساب كمية الهواء بناءً على قيمة المستشعر. بمساعدة معدات القراءة، يمكن قراءة الكمية الحالية من الهواء الممتص من البيانات الحية (وتسمى أيضًا المعلمات أو كتل القيمة المقاسة). لا يهم ما إذا كانت الإشارة تناظرية أو رقمية؛ عند القراءة، ترى قيمة الإشارة التي تم استقبالها ومعالجتها بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية.
للتحقق من صحة القيمة المقاسة، يمكن مقارنتها ببيانات المصنع. ومع ذلك، في معظم الحالات ليس من السهل العثور عليها. ولهذا السبب توجد آلات حاسبة لحساب حجم الهواء. البرنامج المشهور هو أداة LMM والتي يمكنك تحميلها هنا.
يجب أن تتوافق القيمة التي حسبتها وقيمة القراءة بشكل جيد. وبطبيعة الحال، يسمح بفارق بسيط. علينا دائمًا أن نتعامل مع خصائص المحرك التي تختلف من محرك لآخر؛ فكر في توقيت الصمام، وتقنيات زيادة عامل التعبئة مثل توقيت الصمام المتغير، ومشعب السحب المتغير، وما إلى ذلك. ومع ذلك، إذا اختلفت هذه القيم بعشرات الجرام، فلا يمكن استبعاد وجود خلل في مقياس كتلة الهواء.
توضح الجداول أدناه القيم المحسوبة لمحرك سحب طبيعي بسعة 2000 سم مكعب (2,0 لتر). نبدأ بسرعة خاملة. هذا حوالي 800 دورة في الدقيقة. يوجد فراغ في مشعب السحب لأن صمام الخانق مغلق بالكامل تقريبًا. الضغط 0,3 بار. يعرض العمودان التاليان القيم عند زيادة سرعة المحرك والخانق المفتوح بالكامل (Wide Open Throttle). يسود ضغط الهواء الخارجي المطلق، أي 1000 ملي بار، في مشعب السحب. ترتفع درجة حرارة الهواء الداخل. تستمر سرعة المحرك في الزيادة إلى 6000 دورة في الدقيقة.
الموقف:
- السرعة: 800 دورة في الدقيقة؛
- ضغط مشعب السحب: 300 ملي بار؛
- درجة حرارة الهواء الداخل: 20 درجة.
القيم المحسوبة:
- 3,86 جرام/ثانية؛
- 13,88 كجم/ساعة؛
- 0,15 جرام لكل ضربة.
الموقف:
- السرعة: 3000 دورة في الدقيقة (WOT)؛
- ضغط مشعب السحب: 1000 ملي بار؛
- درجة حرارة الهواء الداخل: 22 درجة.
القيم المحسوبة:
- 47,86 جرام/ثانية؛
- 172,31 كجم/ساعة؛
- 0,48 جرام لكل ضربة.
الموقف:
- السرعة: 6000 دورة في الدقيقة (WOT)؛
- ضغط مشعب السحب: 1000 ملي بار؛
- درجة حرارة الهواء الداخل: 25 درجة.
القيم المحسوبة:
- 94,76 جرام/ثانية؛
- 341,14 كجم/ساعة؛
- 0,48 جرام لكل ضربة.
عواقب وجود خلل في مقياس الهواء الشامل:
- طاقة أقل (ليس من الضروري أن تكون ملحوظة دائمًا)
- انخفاض السرعة القصوى
- ارتفاع استهلاك الوقود
- المزيد من انبعاثات السخام (محرك الديزل)
- على سبيل المثال، يدور المحرك بشكل سيئ عند التحميل الكامل
تشغيل جهاز قياس كتلة الهواء:
يحتوي غلاف مقياس الهواء الشامل على وصلة التوصيل الخاصة بحزام الأسلاك بوحدة التحكم الإلكترونية والإلكترونيات الموجودة على لوحة الدائرة المطبوعة وعنصر القياس.
تمنع الحلقة المطاطية على شكل حرف O امتصاص الهواء عبر الهيكل. يتكون عنصر القياس في جهاز قياس كتلة الهواء، من بين أشياء أخرى، من مقاومتين تعتمدان على درجة الحرارة (PTC وNTC الثرمستورات).
عندما يعمل المحرك، تبرد المقاومات بسبب الهواء الداخل الذي يتدفق عبرها. تضمن الدائرة الإلكترونية بقاء درجة حرارة عنصر التسخين PTC ثابتة. تتم ترجمة فرق الجهد المرتبط بواسطة دائرة مكبر للصوت إلى إشارة خرج قابلة للاستخدام لإرسالها إلى وحدة التحكم الإلكترونية.
ويوضح الشكل التالي مكونات جهاز قياس كتلة الهواء في ثلاث مناطق فرعية:
- الأحمر: مستشعر درجة حرارة الهواء الداخل (NTC)؛
- الأخضر: مكونات السلك الساخن؛
- الأزرق: مكونات عنصر القياس.
يحتوي جهاز قياس كتلة الهواء على وصلة قابس ذات 5 سنون:
- إشارة استشعار درجة حرارة الهواء المدخول.
- مصدر الطاقة (12 فولت) للسلك الساخن؛
- مصدر الطاقة (5 فولت) لعنصر القياس؛
- إشارة (0,5 - 4,5 فولت)؛
- كتلة الاستشعار. جميع الأسباب الداخلية متصلة بدبوس الإخراج هذا.
وفي الصور التالية تظهر المناطق الفرعية الثلاث بشكل منفصل مع شرح بجانبها.
استشعار درجة حرارة الهواء المدخول: كما سبق ذكره، هذا الاستشعار هو من النوع NTC.
تعتمد مقاومة المستشعر على درجة حرارة الهواء الذي يتدفق من مرشح الهواء، عبر مقياس كتلة الهواء، إلى التوربو أو مشعب السحب.
يحتوي مقياس كتلة الهواء ذو الغشاء الحراري على مقاومة تسخين يتم الاحتفاظ بها عند درجة حرارة ثابتة. في هذا الرسم البياني مقاومة التسخين هي Rh. يتم تشغيل وإيقاف مقاوم التسخين، والذي يسمى أيضًا بالسلك الساخن، بواسطة ترانزستور (في الأعلى).
في الوسط نرى واحدة جسر يتستون مع المقاومات R3 و R4 في الأسفل. هذه مقاومات تعتمد على درجة الحرارة (PTC وNTC). تضمن المقاومات R3 و R4 درجة حرارة ثابتة لمقاومة التسخين Rh:
- مع زيادة تدفق الهواء، تبرد المقاومات ويحدث انخفاض مختلف في الجهد عبر جميع المقاومات في الجسر. مع جسر ويتستون، يمكن تحويل تغيير المقاومة إلى جهد إشارة لوحدة التحكم الإلكترونية. انظر الصفحة "جسر يتستون" للحصول على شرح مفصل لهذه الدائرة.
- يؤدي فرق الجهد الموجود على مضخم التشغيل إلى تغيير جهد الخرج إلى الترانزستور؛
- يتم تشغيل الترانزستور ويقوم بتحويل التيار الكهربائي إلى مقاوم التسخين Rh أو إيقاف تشغيله ؛
- سيتم الحفاظ على مقاومة التسخين عند نفس درجة الحرارة قدر الإمكان بواسطة مصدر الطاقة.
- يتم وضع المقاومات المعتمدة على درجة الحرارة R1 وR2 على جانبي مقاومة التسخين Rh؛
- إذا لم يتدفق الهواء عبر المستشعر، فإن المقاومات R1 و R2 لها نفس القيمة ولا توجد إشارة خرج؛
- عندما يتدفق الهواء عبر المستشعر، تبرد المقاومة R1 وتسخن R2؛
- ونتيجة لذلك، تنخفض قيمة المقاومة R1 وتزداد قيمة المقاومة R2؛
- تزيد قيمة المقاومة المتزايدة أيضًا من جهد الخرج؛
- إذا تدفق الهواء مرة أخرى فوق المستشعر (تدفق عكسي)، يبرد R2 ويتم تسخين R1، مما يؤدي إلى انخفاض جهد الخرج. وبالتالي فإن متوسط جهد الخرج هو مقياس صحيح لكمية كتلة الهواء المتدفقة إلى المحرك.
التدفق العكسي هو تدفق الهواء (النبضات) عائداً نحو مرشح الهواء نتيجة إغلاق صمامات السحب أو إغلاق صمام الخانق. يتم قياس التدفق العكسي ككتلة هواء إضافية، مما قد يسبب انحرافًا كبيرًا في الإشارة. تتميز أجهزة قياس كتلة الهواء الحديثة بتعويض التدفق العكسي كما هو موضح في هذا المثال مع المقاومات R1 وR2.
