MAP-sensor

Onderwerpen:

  • MAP-sensor
  • Eigenschappen van de MPX4250AP
  • Signaalspanning van een atmosferische motor
  • Laaddruksensor
  • Combinatie met temperatuursensor
  • Diagnose stellen aan de laaddruksensor

MAP-sensor:
Het inlaatspruitstuk van een motor kan zijn uitgevoerd met een “Manifold Air Pressure-sensor”, afgekort als MAP-sensor. Deze druksensor meet de absolute druk in het inlaatspruitstuk. De sensor kan op het inlaatspruitstuk zijn gemonteerd, of extern verbonden door middel van een slangetje. De onder- of overdruk wordt door de sensor omgezet in een signaalspanning die vanuit de voedingsspanning wordt gecreëerd. Dit maakt de MAP-sensor dus een actieve sensor. Het meetbereik loopt vaak van 20 – 300 kPa (0,5 tot 3 bar). We maken onderscheid tussen de MAP-sensor voor een atmosferische motor en een laaddruksensor voor een motor met vuldrukregeling.

MAP-sensoren worden gebruikt om de motorbelasting te meten. De spruitstuk(onder)druk is een maat voor de vullingsgraad. De brandstofinspuiting wordt o.a. bepaald uit de waarde die de MAP-sensor registreert.

In de MAP-sensor zijn twee luchtkamers door middel van een membraan van elkaar gescheiden. De druk in de MAP-sensor zorgt ervoor dat het membraan in de sensor wordt verbogen. In de afbeelding heerst in het bovenste gedeelte de buitenluchtdruk en in het onderste deel de onderdruk. Op dit membraan zijn meerdere rekstrookjes aangebracht die de doorbuiging van het membraan registreren. Een groter drukverschil zorgt ervoor dat het membraan verder buigt.

De MAP-sensor bestaat uit – meestal – vier piëzo-resistieve rekstrookjes die in een Wheatstone opstelling op een diafragma zijn aangebracht. Bij het in elkaar drukken of uitrekken van het materiaal, verandert de weerstandwaarde van de rekstrookjes. De weerstandverandering is zeer klein, maar kan wel goed worden gemeten doordat er gebruik wordt gemaakt van een geïntegreerde differentiaalversterker. Deze is uitgevoerd als opamp (operational amplifier). De ingangsspanning van de Wheatstone schakeling wordt versterkt, zodat deze, afhankelijk van de versterkingsfactor, voldoende worden versterkt om een bruikbaar signaal te vormen voor de regeleenheid.

Eigenschappen van de MPX4250AP:
De hoogte van de uitgangsspanning hangt dus af van de druk in het inlaatspruitstuk en bedraagt tussen de 0,1 en 4,9 volt. In de onderstaande afbeelding wordt de karakteristiek getoond van een veelgebruikte MAP-sensor van het type: MPX4250AP. De lijn verloopt lineair. Bij een buitenluchtdruk van 100KPa (wat gelijk is aan 1 Bar) geeft de sensor bij een gemiddelde werktemperatuur (TYP) een spanning af van ongeveer 1,8 volt.

In de karakteristiek is te zien dat de sensor bij p ≥0, ≤20 niets registreert. Dat betekent dat de motor bij volledig geopende gasklep en hoge belasting niet meer uitgaat van de waarde van de MAP-sensor, maar softwarematig overschakelt naar een vervangende waarde. De geregistreerde openingshoek van de gasklep biedt hierbij uitkomst.

De componenteigenschappen van de MPX4250AP worden in de tabel getoond.

Signaalspanning van een atmosferische motor:
De signaalspanning van de MPX4250AP sensor kan er bij een atmosferische motor als volgt uitzien. In deze grafiek wordt wisselend gas gegeven, los gelaten, geaccelereerd en gedecelereerd.

Laaddruksensor:
Verbrandingsmotoren met drukvulling zijn voorzien van een laaddruksensor om de druk in het inlaattraject te meten. Deze sensor bevindt zich in de luchtslang (of pijp) tussen de intercooler en de gasklep van de motor. De drukvulling kan op de volgende wijze worden gerealiseerd:

  • dieselmotoren: uitlaatgasturbo;
  • benzinemotoren: uitlaatgasturbo of mechanische compressor, of een combinatie daarvan.

De laaddruksensor (ook wel turbodruksensor of boost sensor genoemd) is feitelijk een MAP-sensor met een groter meetbereik dan die van een atmosferische motor:

  • atmosferische motor: tot 1,5 bar;
  • motor met drukvulling: tot 2,5 bar;
  • motor met drukvulling: tot 3,5 bar.

Het motormanagementsysteem vertaalt het spanningssignaal van de druksensor naar een druk en regelt hiermee de wastegate van de turbo. Wanneer een turbo met VGT is uitgevoerd, wordt de stand van de schoepen versteld.

  • Bij accelereren moet de turbo meer druk leveren. De wastegate blijft gesloten tot dat de gewenste inlaatluchtdruk cq. laaddruk wordt bereikt.
  • Bij het bereiken van de gewenste laaddruk stuurt de ECU de wastegate aan die deels zal openen. De druk wordt constant gehouden of verlaagd door de wastegate meer te openen.

Combinatie met temperatuursensor:
MAP-sensoren kunnen samen met de inlaatluchttemperatuursensor in één behuizing zitten. Dit is te herkennen aan vier aansluitingen. De temperatuur is ook een belangrijke factor voor de bepaling voor de inspuithoeveelheid.

Aan de luchttemperatuur kunnen we het volgende herkennen:

  • Inlaatluchttemperatuur moet bij koude motor niet meer dan 5 graden verschillen met de koelvloeistoftemperatuur;
  • Inlaatluchttemperatuur hoger dan koelvloeistoftemperatuur: EGR-klep blijft openstaan.

Bij afwijkingen aan de twee bovenstaande punten, kan de ECU een foutcode genereren.

MAP-sensor met temperatuursensor

Diagnose stellen aan de laaddruksensor:
Storingen aan de laaddruksensor kunnen we herkennen aan de volgende symptonen:

  • Verminderd motorvermogen;
  • Niet constante trekkracht tijdens acceleratie;
  • Overmatig brandstofverbruik en emissies;
  • Storingsindicatielamp (MIL) met gerelateerde storingscodes (DTC’s).

Uiteraard is het bij bovenstaande klachten vanzelfsprekend om het storingsgeheugen van de motorelektronica uit te lezen. In het geval dat het motormanagementsysteem een storingscode opslaat m.b.t. een foutief signaal van de laaddruksensor, kunnen we de volgende codes verwachten: P0105, P0106, P0107, P0235, P0236, P0238.

Oorzaken van een foutief signaal kunnen zijn:

  • Interne slijtage, vervuiling of zelfs verstopping van het sensorelement;
  • Overmatige vervuiling in het inlaatkanaal, bijv. door koolafzetting in het inlaatspruitstuk of inlaatkanalen van de cilinderkop;
  • Uitlaatblokkades;
  • Lekkage aan de luchtslangen;
  • Bedradingsprobleem tussen de sensor en ECU.

Vervuiling in het inlaattraject kan men vaststellen door componenten als de smoor- / gasklep en het inlaatspruitstuk te demonteren, of met een endoscoop de binnenzijde van het spruitstuk te controleren. Uitlaatblokkades kunnen komen door een defect binnenwerk van de katalysator of een verstopt roetfilter.

Problemen met de sensorelektronica of de bedrading tussen de ECU en de sensor kunnen we onderzoeken door het schema te bestuderen en te meten.

De onderstaande afbeelding toont het schema van een laaddruksensor. Klik hier voor uitleg over schemalezen.

De laaddruksensor en luchttemperatuursensor zijn in één behuizing geïntegreerd. De sensoren hebben een gezamenlijke plus (pin 3) en massa (pin 1). Hieraan kunnen we zien dat het om een actieve sensor gaat. De signaaldraad van de laaddruksensor (pin 4 op de sensor) is grijs/zwart van kleur en zit aangesloten op pin 56 van de motorregeleenheid. In dit schema kunnen we niet herleiden of het signaal een analoge spanning (AM) of digitaal is (PWM). Met het meten komen we daar wel achter.

De afgebeelde laaddruksensor zendt een AM-signaal (Amplitude Modulatie), te zien aan het scoopbeeld. De hoogte van de spanning vertaalt het drukverloop ten opzichte van de tijd. De volgende screenshot toont het spanningsverloop van een laaddruksensor. De scoopinstellingen zijn: 1 volt per divisie en 200 ms per divisie.

Bij een stationair draaiende motor levert de turbo nog geen laaddruk. De absolute druk in het inlaatspruitstuk bedraagt ongeveer 100 kPa. De sensor vertaalt deze druk naar een spanning van ongeveer 1,6 volt.

Bij gas geven wordt het motortoerental en daarmee ook de turbodruk verhoogd. De druk stijgt geleidelijk naar 1,4 bar. De spanning in het scoopbeeld bereikt bij die druk bijna 3 volt. Na dat punt is het gaspedaal losgelaten en daalt de laaddruk.

Bij een defect aan de laaddruksensor of bedrading zal men onregelmatigheden in het signaal kunnen zien. Het spanningssignaal moet tussen de 0,5 en 4,5 volt bedragen bij een voedingsspanning van 5 volt. De onderstaande twee afbeeldingen tonen een signaal met storing (links) en zonder storing (rechts).

Op de pagina storingzoeken in de sensorbedrading worden meettechnieken aan diverse typen sensoren, waaronder deze actieve sensor beschreven met mogelijke storingen en oorzaken.