Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Analogowy miernik masy powietrza
- Cyfrowy miernik masy powietrza
- Odczytaj zmierzone wartości za pomocą sprzętu diagnostycznego
- Konsekwencje wadliwego miernika przepływu powietrza
- Działanie miernika masy powietrza
Przedmowa:
Miernik masy powietrza montowany jest pomiędzy obudową filtra powietrza a kolektorem dolotowym.
Całe zasysane powietrze przechodzi przez miernik masy powietrza. W silniku wolnossącym powietrze zasysane jest poprzez podciśnienie panujące w cylindrach, natomiast w silniku wyposażonym w turbosprężarkę powietrze jest zasysane przez koło sprężarki. Miernik masy powietrza mierzy ilość powietrza wpływającego do silnika. Na podstawie tych danych można określić ilość wtryskiwanego paliwa m.in. na podstawie wartości charakterystycznych w sterowniku silnika.
Miernik masy powietrza dostępny jest w dwóch wersjach:
- Sygnał wyjściowy analogowy: poziom napięcia zależy od mierzonej wartości. Nazywa się to również sygnałem AM (modulacja amplitudy);
- Cyfrowy sygnał wyjściowy: elektronika w czujniku wytwarza sygnał cyfrowy w postaci częstotliwości. Sygnał FM (modulacja częstotliwości) zmienia się wraz ze wzrostem objętości powietrza.
W poniższych paragrafach wyjaśniono różnicę pomiędzy analogowymi i cyfrowymi miernikami masy powietrza, za pomocą przykładowych pomiarów. Ostatni akapit wyjaśnia działanie miernika masy powietrza na poziomie komponentu.
Analogowy miernik masy powietrza:
Napięcie zasilania tego czujnika wynosi 12 woltów. Analogowy sygnał napięciowy tego czujnika to zazwyczaj (w zależności od marki i typu):
- Zapłon włączony, brak przepływu powietrza: 0,2 – 1,5 V.
- Silnik na biegu jałowym: 1,5 – 3,0 V.
- Przyspieszenie przy całkowicie otwartej przepustnicy: maks. 4,5 V.
Wykres pokazuje przebieg napięcia w porównaniu do zmierzonej masy powietrza w gramach na sekundę. Napięcie możemy zmierzyć multimetrem.
Cyfrowy miernik masy powietrza:
Częstotliwość sygnału wskazuje, ile powietrza przeszło przez czujnik. Napięcie sygnału wynosi zawsze od 0 do 5 woltów. Częstotliwość wskazuje, jak często sygnał powtarza się w ciągu jednej sekundy. Kiedy mierzymy dwa sygnały w ciągu jednej sekundy za pomocą oscyloskopu, mówimy o częstotliwości 2 Hz. W praktyce widzimy, że częstotliwość jest znacznie wyższa. Generalnie producenci stosują następujące częstotliwości:
- stacjonarne: 2 – 2,5 kHz (2000 – 2500 Hz)
- duża prędkość: do 6 – 6,5 kHz
Częstotliwość wzrasta proporcjonalnie do rosnącego przepływu powietrza. Jeśli zauważysz nieprawidłowe szczyty sygnału lub zmierzona zostanie zbyt niska częstotliwość przy dużej prędkości, może to wskazywać na brudny lub uszkodzony miernik masy powietrza. Poniższe zdjęcia przedstawiają dwa pomiary wykonane za pomocą cyfrowego miernika masy powietrza.
Pomiar napięcia pokazuje rozwój napięcia w czasie. Ten obraz pokazuje, że napięcie zmienia się stale w zakresie od 0,5 do 4,5 wolta. Wraz ze wzrostem przepływu powietrza (przy zwiększaniu prędkości) czas pomiędzy liniami wznoszącymi się i opadającymi staje się coraz krótszy. Impulsy stają się cieńsze i bliżej siebie. Na podstawie tego obrazu z zakresu nie można postawić prawidłowej diagnozy.
Pomiar, w którym kanał A mierzy napięcie, a kanał B częstotliwość, daje wyobrażenie o działaniu miernika masy powietrza. Pomiary są dokonywane w dłuższym okresie czasu, co sprawia wrażenie, jakby niebieskie impulsy kanału A sąsiadowały ze sobą. Jednak tak nie jest; Ze względu na oddalenie trudno jest rozróżnić napięcie w górę i w dół.
Czerwona linia (kanał B) wskazuje częstotliwość sygnału. Im bliżej siebie znajdują się impulsy napięcia, tym bardziej wzrasta czerwona linia. Podczas przyspieszania do dużej prędkości przy całkowicie otwartym pojeździe częstotliwość nadal rośnie, aż do zwolnienia przepustnicy. Wysokość czerwonej linii wskazuje maksymalną częstotliwość sygnału. Dane te można porównać z danymi fabrycznymi lub wartością obliczoną. Omówimy to bardziej szczegółowo w następnej sekcji.
Na poniższym schemacie Volkswagena Golfa 6 2.0 tdi kod komponentu G70 oznacza cyfrowy miernik masy powietrza.
- Pin 1 miernika masy powietrza jest podłączony do pinu 18 ECU silnika. Jest to przewód sygnałowy, którym miernik masy powietrza przesyła zmierzoną wartość do ECU;
- Pin 2: przewód sygnałowy czujnik temperatury powietrza. Czujnik ten jest zintegrowany z obudową miernika przepływu powietrza;
- Pin 4: masa;
- Pin 5: jest podłączony do bezpiecznika poprzez odnośnik 23 na schemacie. Miernik masy powietrza zasilany jest napięciem 12 woltów.
Na pinie 1 miernika masy powietrza możemy zmierzyć sygnał wysyłany do ECU. Ponadto, jeśli taki istnieje, możemy pudełko ucieczki jest dostępny, sprawdź, czy sygnał ten dociera prawidłowo również na pin 18 ECU. Jeżeli te sygnały różnią się od siebie, możemy zmierzyć różnicę napięcia na tym przewodzie (pin 1 LMM w porównaniu do pinu 18 ECU).
Zbyt niskie napięcie zasilania czujnika może mieć wpływ na sygnał czujnika. Dlatego musimy również sprawdzić połączenia dodatnie i uziemiające. Podłączamy woltomierz lub oscyloskop do pinów 4 i 5 i sprawdzamy, czy mierzymy napięcie w przybliżeniu równe napięciu akumulatora. Jeśli napięcie jest zbyt niskie, możemy mieć do czynienia z a rezystancja przejścia w przewodzie dodatnim lub uziemiającym, który możemy wykryć za pomocą pomiaru V4.
Odczytaj zmierzone wartości za pomocą sprzętu diagnostycznego:
System zarządzania silnikiem oblicza ilość powietrza na podstawie wartości czujnika. Za pomocą urządzeń odczytowych można odczytać aktualną ilość zasysanego powietrza z danych bieżących (zwanych również parametrami lub blokami wartości mierzonych). Nie ma znaczenia, czy sygnał jest analogowy, czy cyfrowy; Podczas odczytu widzisz wartość sygnału odebranego i przetworzonego przez ECU.
Aby sprawdzić, czy zmierzona wartość jest prawidłowa, można ją porównać z danymi fabrycznymi. Jednak w większości przypadków nie jest łatwo je znaleźć. Dlatego istnieją kalkulatory do obliczania objętości powietrza. Znanym programem jest tzw Narzędzie LMM które możesz pobrać tutaj.
Wartość, którą obliczyłeś, i wartość odczytana muszą w miarę dobrze odpowiadać. Oczywiście dozwolona jest niewielka różnica. Zawsze mamy do czynienia z właściwościami silnika, które różnią się w przypadku każdego silnika; pomyśl o rozrządach zaworowych, technikach zwiększania współczynnika wypełnienia, takich jak zmienne fazy rozrządu, zmienny kolektor dolotowy itp. Jeśli jednak wartości te różnią się o dziesiątki gramów, nie można wykluczyć wady miernika masy powietrza.
Poniższe tabele przedstawiają obliczone wartości silnika wolnossącego o pojemności skokowej 2000 cm2,0 (800 litra). Zaczynamy od prędkości jałowej; jest to około 0,3 obr./min. W kolektorze dolotowym występuje podciśnienie, ponieważ przepustnica jest prawie całkowicie zamknięta. Ciśnienie wynosi 1000 bara. Kolejne dwie kolumny pokazują wartości przy zwiększonych obrotach silnika i przy całkowicie otwartej przepustnicy (Wide Open Throttle). W kolektorze dolotowym panuje bezwzględne ciśnienie powietrza zewnętrznego, tj. 6000 mBar. Wzrasta temperatura powietrza dolotowego. Prędkość obrotowa silnika nadal wzrasta do XNUMX obr./min.
Sytuacja:
- Prędkość: 800 obr/min;
- Ciśnienie w kolektorze dolotowym: 300 mBar;
- Temperatura powietrza wlotowego: 20°.
Obliczone wartości:
- 3,86 gramów/s;
- 13,88 kg/godz.;
- 0,15 grama na skok.
Sytuacja:
- Prędkość: 3000 obr/min (WOT);
- Ciśnienie w kolektorze dolotowym: 1000 mBar;
- Temperatura powietrza wlotowego: 22°.
Obliczone wartości:
- 47,86 gramów/s;
- 172,31 kg/godz.;
- 0,48 grama na skok.
Sytuacja:
- Prędkość: 6000 obr/min (WOT);
- Ciśnienie w kolektorze dolotowym: 1000 mBar;
- Temperatura powietrza wlotowego: 25°.
Obliczone wartości:
- 94,76 gramów/s;
- 341,14 kg/godz.;
- 0,48 grama na skok.
Konsekwencje wadliwego miernika masowego powietrza:
- Mniejsza moc (nie zawsze musi być zauważalna)
- Niższa prędkość maksymalna
- Wyższe zużycie paliwa
- Większa emisja sadzy (silnik Diesel)
- Silnik słabo pracuje na przykład przy pełnym obciążeniu
Działanie miernika masy powietrza:
Obudowa masowego miernika powietrza zawiera złącze wtykowe wiązki przewodów do ECU, elektronikę na płytce drukowanej i element pomiarowy.
Gumowy O-ring zapobiega zasysaniu powietrza przez obudowę. Element pomiarowy miernika masy powietrza składa się między innymi z dwóch rezystorów zależnych od temperatury (PTC i NTC termistory).
Kiedy silnik pracuje, rezystory schładzają się pod wpływem przepływającego obok nich powietrza dolotowego. Obwód elektroniczny zapewnia stałą temperaturę elementu grzejnego PTC. Powiązana różnica napięcia jest przetwarzana przez obwód wzmacniacza na użyteczny sygnał wyjściowy, który można wysłać do ECU.
Poniższy rysunek przedstawia komponenty miernika masy powietrza w trzech podobszarach:
- Czerwony: czujnik temperatury powietrza dolotowego (NTC);
- Zielony: elementy gorącego drutu;
- Niebieski: komponenty elementu pomiarowego.
Miernik masy powietrza posiada złącze wtykowe 5-pinowe:
- sygnał czujnika temperatury powietrza dolotowego;
- zasilacz (12 V) dla gorącego drutu;
- zasilanie (5 V) elementu pomiarowego;
- sygnał (0,5 – 4,5 woltów);
- masa czujnika. Wszystkie wewnętrzne masy są podłączone do tego pinu wyjściowego.
Na poniższych ilustracjach trzy podobszary są pokazane oddzielnie z objaśnieniami obok nich.
Czujnik temperatury powietrza dolotowego: jak już wspomniano, ten czujnik jest tego typu NTC.
Rezystancja czujnika zależy od temperatury powietrza przepływającego z filtra powietrza, poprzez miernik masy powietrza, do turbosprężarki lub kolektora dolotowego.
Miernik masy powietrza z warstwą grzewczą zawiera rezystor grzewczy, który utrzymuje stałą temperaturę. Na tym schemacie opór cieplny wynosi Rh. Rezystor grzejny, zwany także gorącym drutem, jest włączany i wyłączany za pomocą tranzystora (na górze).
W środku widzimy jednego Most Wheatstone'a z rezystorami R3 i R4 na dole. Są to rezystory zależne od temperatury (PTC i NTC). Rezystory R3 i R4 zapewniają stałą temperaturę rezystancji grzewczej Rh:
- Wraz ze wzrostem przepływu powietrza rezystory ochładzają się i na wszystkich rezystorach mostka występuje inny spadek napięcia. Za pomocą mostka Wheatstone'a zmianę rezystancji można przekształcić w napięcie sygnałowe dla ECU. Zobacz stronę „Most Kamienia Wheatstone’a” szczegółowe wyjaśnienie tego obwodu.
- Różnica napięcia na wzmacniaczu operacyjnym zmienia napięcie wyjściowe tranzystora;
- Tranzystor jest włączany i włącza lub wyłącza zasilanie rezystora grzejnego Rh;
- Opór grzewczy będzie utrzymywany w tej samej temperaturze, o ile to możliwe, przez zasilacz.
- Zależne od temperatury rezystory R1 i R2 są umieszczone po obu stronach rezystancji grzewczej Rh;
- Jeżeli przez czujnik nie przepływa powietrze, rezystory R1 i R2 mają tę samą wartość i nie ma sygnału wyjściowego;
- Kiedy powietrze przepływa przez czujnik, rezystancja R1 ochładza się, a R2 nagrzewa;
- W rezultacie wartość rezystancji R1 maleje, a rezystancja R2 wzrasta;
- Rosnąca wartość rezystancji zwiększa również napięcie wyjściowe;
- Jeśli powietrze przepływa z powrotem przez czujnik (przepływ zwrotny), R2 ochładza się, a R1 nagrzewa, co powoduje spadek napięcia wyjściowego. Średnie napięcie wyjściowe jest zatem prawidłową miarą ilości masy powietrza napływającej do silnika.
Przepływ zwrotny to przepływ powietrza (pulsacje) z powrotem w kierunku filtra powietrza w wyniku zamknięcia zaworów dolotowych lub zamknięcia przepustnicy. Przepływ wsteczny mierzony jest jako dodatkowa masa powietrza, która może powodować duże odchylenie sygnału. Nowoczesne mierniki masy powietrza mają kompensację przepływu wstecznego, jak pokazano w tym przykładzie, za pomocą rezystorów R1 i R2.
