Μαθήματα:
- Εισαγωγή
- Αναλογικός μετρητής μάζας αέρα
- Ψηφιακός μετρητής μάζας αέρα
- Διαβάστε τις τιμές μέτρησης χρησιμοποιώντας διαγνωστικό εξοπλισμό
- Συνέπειες ελαττωματικού μετρητή μάζας αέρα
- Λειτουργία του μετρητή μάζας αέρα
Εισαγωγή:
Ο μετρητής μάζας αέρα είναι τοποθετημένος μεταξύ του περιβλήματος του φίλτρου αέρα και της πολλαπλής εισαγωγής.
Όλος ο αναρροφούμενος αέρας διέρχεται από το μετρητή μάζας αέρα. Σε έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα, ο αέρας αναρροφάται από την υποπίεση στους κυλίνδρους και σε έναν κινητήρα εξοπλισμένο με τούρμπο, ο αέρας αναρροφάται μέσω του τροχού του συμπιεστή. Ο μετρητής μάζας αέρα μετρά την ποσότητα αέρα που ρέει στον κινητήρα. Με βάση αυτά τα δεδομένα, η ποσότητα του καυσίμου που θα εγχυθεί μπορεί να προσδιοριστεί, μεταξύ άλλων, χρησιμοποιώντας τις χαρακτηριστικές τιμές στη μονάδα ελέγχου κινητήρα.
Ο μετρητής μάζας αέρα διατίθεται σε δύο εκδόσεις:
- Αναλογικό σήμα εξόδου: το επίπεδο της τάσης εξαρτάται από τη μετρούμενη τιμή. Αυτό ονομάζεται επίσης σήμα AM (Amplitude Modulation).
- Ψηφιακό σήμα εξόδου: τα ηλεκτρονικά στον αισθητήρα δημιουργούν ένα ψηφιακό σήμα με τη μορφή συχνότητας. Αυτό το σήμα FM (Διαμόρφωση συχνότητας) ποικίλλει καθώς αυξάνεται ο όγκος του αέρα.
Οι ακόλουθες παράγραφοι εξηγούν τη διαφορά μεταξύ των αναλογικών και ψηφιακών μετρητών μάζας αέρα με παραδείγματα μετρήσεων. Η τελευταία παράγραφος εξηγεί τη λειτουργία του μετρητή μάζας αέρα σε επίπεδο εξαρτήματος.
Αναλογικός μετρητής μάζας αέρα:
Η τάση τροφοδοσίας σε αυτόν τον αισθητήρα είναι 12 βολτ. Το αναλογικό σήμα τάσης αυτού του αισθητήρα είναι γενικά (ανάλογα με τη μάρκα και τον τύπο):
- Ανάφλεξη ανοιχτή, χωρίς ροή αέρα: 0,2 – 1,5 βολτ.
- Κινητήρας στο ρελαντί: 1,5 – 3,0 βολτ.
- Επιτάχυνση με πλήρως ανοιχτό γκάζι: μέγ. 4,5 βολτ.
Το γράφημα δείχνει την εξέλιξη της τάσης σε σύγκριση με τη μετρούμενη μάζα αέρα σε γραμμάρια ανά δευτερόλεπτο. Μπορούμε να μετρήσουμε την τάση με ένα πολύμετρο.
Ψηφιακός μετρητής μάζας αέρα:
Η συχνότητα του σήματος υποδεικνύει πόσος αέρας έχει περάσει από τον αισθητήρα. Η τάση του σήματος είναι πάντα μεταξύ 0 και 5 βολτ. Η συχνότητα υποδεικνύει πόσο συχνά επαναλαμβάνεται το σήμα μέσα σε διάστημα ενός δευτερολέπτου. Όταν μετράμε δύο σήματα σε ένα δευτερόλεπτο με παλμογράφο, μιλάμε για 2 Hz. Στην πράξη βλέπουμε ότι η συχνότητα είναι πολύ μεγαλύτερη. Γενικά, οι κατασκευαστές εφαρμόζουν τις ακόλουθες συχνότητες:
- σταθερό: 2 – 2,5 kHz (2000 – 2500 Hz)
- υψηλή ταχύτητα: έως 6 – 6,5 kHz
Η συχνότητα αυξάνεται αναλογικά με την αυξανόμενη ροή αέρα. Εάν δείτε μη φυσιολογικές κορυφές στο σήμα ή εάν μετράται πολύ χαμηλή συχνότητα σε υψηλή ταχύτητα, αυτό μπορεί να υποδεικνύει βρώμικο ή ελαττωματικό μετρητή μάζας αέρα. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν δύο μετρήσεις από τον ψηφιακό μετρητή μάζας αέρα.
Η μέτρηση τάσης δείχνει την εξέλιξη της τάσης με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η εικόνα δείχνει ότι η τάση αλλάζει συνεχώς μεταξύ 0,5 και 4,5 βολτ. Με την αύξηση της ροής αέρα (όταν αυξάνεται η ταχύτητα), ο χρόνος μεταξύ των γραμμών ανόδου και πτώσης γίνεται μικρότερος. Οι παλμοί γίνονται πιο λεπτοί και πιο κοντά μεταξύ τους. Δεν μπορεί να γίνει σωστή διάγνωση με αυτήν την εικόνα εύρους.
Η μέτρηση στην οποία το κανάλι Α μετρά την τάση και το κανάλι Β μετρά τη συχνότητα, παρέχει μια ιδέα για τη λειτουργία του μετρητή μάζας αέρα. Οι μετρήσεις γίνονται σε μεγαλύτερη χρονική περίοδο, γεγονός που το κάνει να φαίνεται σαν οι μπλε παλμοί του καναλιού Α να βρίσκονται ο ένας δίπλα στον άλλο. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει. Εξαιτίας της σμίκρυνσης, είναι δύσκολο να γίνει διάκριση μεταξύ των τάσεων άνω και κάτω.
Η κόκκινη γραμμή (κανάλι Β) υποδεικνύει τη συχνότητα του σήματος. Όσο πιο κοντά είναι οι παλμοί τάσης μεταξύ τους, τόσο περισσότερο ανεβαίνει η κόκκινη γραμμή. Όταν επιταχύνετε σε υψηλή ταχύτητα με το όχημα πλήρως ανοιχτό, η συχνότητα συνεχίζει να αυξάνεται μέχρι να απελευθερωθεί το γκάζι. Το ύψος της κόκκινης γραμμής υποδεικνύει τη μέγιστη συχνότητα του σήματος. Αυτά τα δεδομένα μπορούν να συγκριθούν με τα εργοστασιακά δεδομένα ή με μια υπολογισμένη τιμή. Θα το συζητήσουμε λεπτομερέστερα στην επόμενη ενότητα.
Στο παρακάτω διάγραμμα ενός Volkswagen Golf 6 2.0 tdi, ο κωδικός εξαρτήματος G70 υποδεικνύει τον ψηφιακό μετρητή μάζας αέρα.
- Ο ακροδέκτης 1 του μετρητή μάζας αέρα συνδέεται με τον ακροδέκτη 18 της ECU κινητήρα. Αυτό είναι το καλώδιο σήματος πάνω από το οποίο ο μετρητής μάζας αέρα στέλνει τη μετρούμενη τιμή στην ECU.
- Pin 2: καλώδιο σήματος του αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα. Αυτός ο αισθητήρας είναι ενσωματωμένος στο περίβλημα του μετρητή μάζας αέρα.
- Καρφίτσα 4: γείωση;
- Pin 5: συνδέεται με μια ασφάλεια μέσω της αναφοράς 23 στο διάγραμμα. Ο μετρητής μάζας αέρα τροφοδοτείται με τάση 12 βολτ.
Στον ακροδέκτη 1 του μετρητή μάζας αέρα μπορούμε να μετρήσουμε το σήμα που αποστέλλεται στην ECU. Επιπλέον, αν υπάρχει, μπορούμε κιβώτιο ξεμπλοκαρίσματος είναι διαθέσιμο, ελέγξτε αν αυτό το σήμα φτάνει σωστά και στον ακροδέκτη 18 της ECU. Εάν αυτά τα σήματα διαφέρουν μεταξύ τους, μπορούμε να μετρήσουμε τη διαφορά τάσης σε αυτό το καλώδιο (ακίδα 1 του LMM σε σύγκριση με τον ακροδέκτη 18 του ECU).
Πολύ χαμηλή τάση τροφοδοσίας αισθητήρα μπορεί να επηρεάσει το σήμα του αισθητήρα. Γι' αυτό πρέπει να ελέγξουμε και τις θετικές και τις συνδέσεις γείωσης. Συνδέουμε το βολτόμετρο ή τον παλμογράφο στις ακίδες 4 και 5 και ελέγχουμε αν μετράμε τάση περίπου ίση με την τάση της μπαταρίας. Αν η τάση είναι πολύ χαμηλή, μπορεί να έχουμε να κάνουμε με α αντίσταση μετάβασης στο θετικό καλώδιο ή στο καλώδιο γείωσης που μπορούμε να εντοπίσουμε χρησιμοποιώντας τη μέτρηση V4.
Διαβάστε τις τιμές μέτρησης χρησιμοποιώντας διαγνωστικό εξοπλισμό:
Το σύστημα διαχείρισης κινητήρα υπολογίζει την ποσότητα αέρα με βάση την τιμή του αισθητήρα. Με τη βοήθεια του εξοπλισμού ανάγνωσης, η τρέχουσα ποσότητα αέρα που αναρροφάται μπορεί να διαβαστεί από τα ζωντανά δεδομένα (ονομάζονται επίσης παράμετροι ή μπλοκ μετρούμενων τιμών). Δεν έχει σημασία αν το σήμα είναι αναλογικό ή ψηφιακό. Κατά την ανάγνωση, βλέπετε την τιμή του σήματος που λαμβάνεται και επεξεργάζεται η ECU.
Για να ελέγξετε εάν η μετρούμενη τιμή είναι σωστή, μπορεί να συγκριθεί με τα εργοστασιακά δεδομένα. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι εύκολο να βρεθούν. Γι' αυτό υπάρχουν αριθμομηχανές για τον υπολογισμό του όγκου του αέρα. Ένα πολύ γνωστό πρόγραμμα είναι το Εργαλείο LMM το οποίο μπορείτε να κατεβάσετε εδώ.
Η τιμή που υπολογίσατε και η τιμή ανάγνωσης πρέπει να αντιστοιχούν αρκετά καλά. Επιτρέπεται βέβαια μια μικρή διαφορά. Πρέπει πάντα να ασχολούμαστε με τις ιδιότητες του κινητήρα που διαφέρουν σε κάθε κινητήρα. Σκεφτείτε το χρονισμό της βαλβίδας, τις τεχνικές αύξησης του συντελεστή πλήρωσης, όπως ο μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας, μια μεταβλητή πολλαπλή εισαγωγής κ.λπ. Ωστόσο, εάν αυτές οι τιμές διαφέρουν κατά δεκάδες γραμμάρια, δεν μπορεί να αποκλειστεί ένα ελάττωμα στο μετρητή μάζας αέρα.
Οι παρακάτω πίνακες δείχνουν τις υπολογισμένες τιμές ενός ατμοσφαιρικού κινητήρα με κυβισμό 2000 cc (2,0 λίτρα). Ξεκινάμε με ταχύτητα ρελαντί. αυτό είναι περίπου 800 σ.α.λ. Υπάρχει κενό στην πολλαπλή εισαγωγής επειδή η βαλβίδα γκαζιού είναι σχεδόν τελείως κλειστή. Η πίεση είναι 0,3 bar. Οι επόμενες δύο στήλες δείχνουν τις τιμές σε αυξημένες στροφές κινητήρα και πλήρως ανοιχτό γκάζι (Wide Open Throttle). Η απόλυτη εξωτερική πίεση αέρα, δηλαδή 1000 mBar, επικρατεί στην πολλαπλή εισαγωγής. Η θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής αυξάνεται. Οι στροφές του κινητήρα συνεχίζουν να αυξάνονται στις 6000 σ.α.λ.
Κατάσταση:
- Ταχύτητα: 800 rpm;
- Πίεση πολλαπλής εισαγωγής: 300 mBar;
- Θερμοκρασία αέρα εισαγωγής: 20°.
Υπολογιζόμενες τιμές:
- 3,86 γραμμάρια/δευτ.
- 13,88 kg/ώρα;
- 0,15 γραμμάρια ανά εγκεφαλικό επεισόδιο.
Κατάσταση:
- Ταχύτητα: 3000 rpm (WOT);
- Πίεση πολλαπλής εισαγωγής: 1000 mBar;
- Θερμοκρασία αέρα εισαγωγής: 22°.
Υπολογιζόμενες τιμές:
- 47,86 γραμμάρια/δευτ.
- 172,31 kg/ώρα;
- 0,48 γραμμάρια ανά εγκεφαλικό επεισόδιο.
Κατάσταση:
- Ταχύτητα: 6000 rpm (WOT);
- Πίεση πολλαπλής εισαγωγής: 1000 mBar;
- Θερμοκρασία αέρα εισαγωγής: 25°.
Υπολογιζόμενες τιμές:
- 94,76 γραμμάρια/δευτ.
- 341,14 kg/ώρα;
- 0,48 γραμμάρια ανά εγκεφαλικό επεισόδιο.
Συνέπειες ενός ελαττωματικού μετρητή μάζας αέρα:
- Λιγότερη ισχύς (δεν χρειάζεται πάντα να είναι αισθητή)
- Χαμηλότερη τελική ταχύτητα
- Υψηλότερη κατανάλωση καυσίμου
- Περισσότερες εκπομπές αιθάλης (κινητήρας ντίζελ)
- Ο κινητήρας ανεβάζει κακές στροφές σε πλήρες φορτίο, για παράδειγμα
Λειτουργία του μετρητή μάζας αέρα:
Το περίβλημα ενός μετρητή μάζας αέρα περιέχει τη σύνδεση βύσματος για την πλεξούδα καλωδίωσης στην ECU, τα ηλεκτρονικά σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και το στοιχείο μέτρησης.
Ο ελαστικός δακτύλιος O αποτρέπει την αναρρόφηση αέρα πέρα από το περίβλημα. Το στοιχείο μέτρησης του μετρητή μάζας αέρα αποτελείται, μεταξύ άλλων, από δύο εξαρτώμενες από τη θερμοκρασία αντιστάσεις (PTC και NTC θερμίστορ).
Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, οι αντιστάσεις κρυώνουν λόγω του αέρα εισαγωγής που ρέει δίπλα τους. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα διασφαλίζει ότι η θερμοκρασία του θερμαντικού στοιχείου PTC παραμένει σταθερή. Η σχετική διαφορά τάσης μεταφράζεται από ένα κύκλωμα ενισχυτή σε ένα χρησιμοποιήσιμο σήμα εξόδου για αποστολή στην ECU.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τα εξαρτήματα του μετρητή μάζας αέρα σε τρεις υποπεριοχές:
- Κόκκινο: αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα εισαγωγής (NTC).
- Πράσινο: εξαρτήματα για το ζεστό καλώδιο.
- Μπλε: εξαρτήματα για το στοιχείο μέτρησης.
Ο μετρητής μάζας αέρα έχει σύνδεση βύσματος 5 ακίδων:
- σήμα αισθητήρα θερμοκρασίας αέρα εισαγωγής.
- τροφοδοτικό (12 βολτ) για ζεστό καλώδιο.
- τροφοδοτικό (5 βολτ) για στοιχείο μέτρησης.
- σήμα (0,5 – 4,5 βολτ);
- μάζα αισθητήρα. Όλες οι εσωτερικές γειώσεις συνδέονται σε αυτόν τον ακροδέκτη εξόδου.
Στις παρακάτω εικόνες, οι τρεις υποπεριοχές φαίνονται χωριστά με επεξήγηση δίπλα τους.
Αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα εισαγωγής: όπως ήδη αναφέρθηκε, αυτός ο αισθητήρας είναι του τύπου NTC.
Η αντίσταση του αισθητήρα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα που ρέει από το φίλτρο αέρα, μέσω του μετρητή μάζας αέρα, στον τούρμπο ή στην πολλαπλή εισαγωγής.
Ο μετρητής μάζας αέρα με φιλμ θερμότητας περιέχει μια αντίσταση θέρμανσης που διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία. Σε αυτό το διάγραμμα η αντίσταση θέρμανσης είναι Rh. Η αντίσταση θέρμανσης, που ονομάζεται επίσης θερμό καλώδιο, ενεργοποιείται και απενεργοποιείται από ένα τρανζίστορ (στο επάνω μέρος).
Στη μέση βλέπουμε ένα Γέφυρα Wheatstone με αντιστάσεις R3 και R4 στο κάτω μέρος. Πρόκειται για αντιστάσεις που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία (PTC και NTC). Οι αντιστάσεις R3 και R4 εξασφαλίζουν σταθερή θερμοκρασία αντίστασης θέρμανσης Rh:
- Καθώς αυξάνεται η ροή του αέρα, οι αντιστάσεις κρυώνουν και εμφανίζεται διαφορετική πτώση τάσης σε όλες τις αντιστάσεις στη γέφυρα. Με τη γέφυρα Wheatstone η αλλαγή αντίστασης μπορεί να μετατραπεί σε τάση σήματος για την ECU. Δείτε τη σελίδα “Wheatstone Bridge” για μια λεπτομερή εξήγηση αυτού του κυκλώματος.
- Η διαφορά τάσης στον ενισχυτή op αλλάζει την τάση εξόδου στο τρανζίστορ.
- Το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο και ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί την παροχή ρεύματος στην αντίσταση θέρμανσης Rh.
- Η αντίσταση θέρμανσης θα διατηρείται στην ίδια θερμοκρασία όσο το δυνατόν περισσότερο από το τροφοδοτικό.
- Οι εξαρτώμενες από τη θερμοκρασία αντιστάσεις R1 και R2 τοποθετούνται και στις δύο πλευρές της αντίστασης θέρμανσης Rh.
- Εάν δεν ρέει αέρας μέσω του αισθητήρα, οι αντιστάσεις R1 και R2 έχουν την ίδια τιμή και δεν υπάρχει σήμα εξόδου.
- Όταν ο αέρας ρέει μέσα από τον αισθητήρα, η αντίσταση R1 ψύχεται και το R2 θερμαίνεται.
- Ως αποτέλεσμα, η τιμή αντίστασης του R1 μειώνεται και αυτή του R2 αυξάνεται.
- Η αυξανόμενη τιμή αντίστασης αυξάνει επίσης την τάση εξόδου.
- Εάν ο αέρας ρέει πίσω πάνω από τον αισθητήρα (backflow), το R2 ψύχεται και το R1 θερμαίνεται, προκαλώντας πτώση της τάσης εξόδου. Η μέση τάση εξόδου είναι επομένως ένα σωστό μέτρο της ποσότητας μάζας αέρα που ρέει προς τον κινητήρα.
Η αντίστροφη ροή είναι η ροή του αέρα (παλμοί) πίσω προς το φίλτρο αέρα ως αποτέλεσμα του κλεισίματος των βαλβίδων εισαγωγής ή του κλεισίματος της βαλβίδας γκαζιού. Η αντίστροφη ροή μετράται ως επιπλέον μάζα αέρα, η οποία μπορεί να προκαλέσει μεγάλη απόκλιση στο σήμα. Οι σύγχρονοι μετρητές μάζας αέρα έχουν αντιστάθμιση αντίστροφης ροής όπως φαίνεται σε αυτό το παράδειγμα με τις αντιστάσεις R1 και R2.
