Как выбрать датчик массового расхода воздуха

Что это такое?

Это датчик массового расхода воздуха. Он определяет количество кислорода, которое необходимо для заполнения цилиндров двигателя автомобиля при различных режимах работы. Установлено это устройство во впускном тракте. Найти его можно после воздушного фильтра, во впускном патрубке, или же на корпусе самого фильтрующего элемента.

В работе системы впрыска – это главная система.

Типы расходомеров

Внешний вид расходомера

Самые первые модели были механическими и устанавливались на следующие системы впрыска топлива:

• распределенный впрыск Jetronic;
• объединенная система электронного впрыска и электронного зажигания Motronic;
• K-Jetronic;
• KE-Jetronic;
• L-Jetronic.

В корпусе механического расходомера расположены демпфирующая камера, измерительная заслонка, возвратная пружина, демпфирующая заслонка, потенциометр, а также байпас (обводной канал) с настраиваемым регулятором.

Кроме механических расходомеров также существуют следующие типы более продвинутых приборов:

• расходомер с нагреваемой нитью;
• расходомер с пленочным термоанемометром;
• расходомер с толстостенной диафрагмой;
• датчик давления воздуха в коллекторе.

Далее рассмотрим принцип работы перечисленных устройств.

Принцип работы расходомера

Схема механического расходомера. 1 – подача напряжения от электронного блока управления; 2 – датчик температуры поступающего воздуха; 3 – подвод воздуха от воздушного фильтра; 4 – спиральная пружина; 5 – демпфирующая камера; 6 – заслонка демпфирующей камеры; 7 – подача воздуха к дроссельной заслонке; 8 – заслонка напора воздуха; 9 – обводной канал; 10 – потенциометр

Начнем с механического расходомера. Его принцип действия основан на том, насколько переместится измерительная заслонка в зависимости от пропускаемого ею объема воздуха. На одной оси с измерительной заслонкой имеются также демпфирующая заслонка и потенциометр (регулируемый делитель напряжения). Последний выполнен в виде электронной схемы с напаянными резисторными дорожками. В процессе поворота заслонки ползунок перемещается по ним, и таким образом меняется сопротивление. Соответственно, напряжение, которое передает потенциометр измеряется в соответствии с положительной обратной связью, и передается на электронный блок управления. Чтобы корректировать работу потенциометра в его схему также включают датчик температуры всасываемого воздуха.

Однако механические расходомеры в настоящее время считаются устаревшими, поскольку им на смену пришли их электронные аналоги. Они не имеют подвижных механических частей, поэтому более надежны, дают более точный результат, а также их работа не зависит от температуры всасываемого воздуха.

Другое название таких расходомеров — датчик массового расхода воздуха. В свою очередь они делятся на два типа в зависимости от используемого чувствительного элемента:

• проволочный (Hot Wire MAF Sensor);
• пленочный (Hot Film Air Flow Sensor, HFM).

Расходомер воздуха с проволочным нагревательным элементом (нитью). 1 – температурный датчик; 2 – кольцо датчика с проволочным нагревательным элементом; 3 – прецизионный реостат; Qм – массовый расход воздуха в единицу времени

В основе работы устройств первого типа лежит использование нагреваемой нити из платины. Электрическая схема постоянно поддерживает нить в нагретом состоянии (платина выбрана из-за того, что металл обладает низким удельным сопротивлением, не окисляется и не поддается воздействию агрессивных химических факторов). Конструкцией предусмотрено, что проходящий воздух охлаждает ее поверхность. Электрическая схема имеет отрицательную обратную связь, в соответствии с которой по мере охлаждения нити на нее подается больший электрический ток с тем, чтобы поддерживать температуру на постоянном уровне.

Также в схеме имеется преобразователь, задача которого заключается в переводе значения меняющегося тока в разность потенциалов, то есть, напряжение. Между полученным значением напряжения и пропущенным объемом воздуха имеется нелинейная экспоненциальная зависимость. Точная формула запрограммирована в ЭБУ, и в соответствии с ней он принимает решение о том, какое количество воздуха нужно в тот или иной момент времени.

Конструкция проволочного расходомера подразумевает режим так называемой самоочистки. При этом платиновая нить разогревается до температуры +1000°С. В результате разогрева с ее поверхности испаряются различные химические элементы, в том числе пыль. Однако вследствии такого нагрева толщина нити постепенно уменьшается. Это приводит, во-первых, к погрешностям в показаниях датчика, а во-вторых, к постепенному износу самой нити.

Схема массового расходомера воздуха с пленочным термоанемометром. 1 — выводы электрического разъема, 2 — измери­тельный патрубок или корпус воздушного фильт­ра, 3 — вычислительный контур (гибридная схе­ма), 4 — вход воздуха, 5 — чувствительный эле­мент датчика, 6 — выход воздуха, 7 — обводной канал, 8 — корпус датчика.

Теперь рассмотрим работу пленочного датчика массового расхода воздуха. Они бывают двух типов — с пленочным термоанемометром и на основе толстостенной диафрагмы. Начнем описание с первого.

Он является результатом эволюции проволочного расходомера, однако вместо проволоки в данном случае в качестве чувствительного элемента используется кристалл кремния, на поверхность которого напаяны несколько слоев платины, использующиеся в качестве резисторов. В частности:

• нагревательного резистора;
• двух термических резисторов;
• резистора датчика температуры всасываемого воздуха.

По аналогии с проволочным расходомером чувствительный элемент расположен в канале, через который проходит воздух. Он находится в постоянно подогретом состоянии благодаря использованию нагревательного резистора. При попадании в канал воздух меняет свою температуру, что фиксируется с помощью установленных в двух концах канала терморезисторов. Разница в их показаниях на двух концах диафрагмы является разностью потенциалов, то есть, постоянным напряжением (в пределах от 0 до 5 В). Чаще всего этот аналоговый сигнал оцифровывается в виде электрических импульсов, которые передаются непосредственно на ЭБУ автомобиля.

Принцип измерения массового расхода воздуха пленочным термоанемометром. 1 – температурная характеристика при отсутствии потока воздуха 2 – температурная характеристика при наличии потока воздуха; 3 – чувствительный элемент датчика; 4 – зона нагрева; 5 – диафрагма датчика; 6 – датчик с измерительным патрубком; 7 – поток воздуха; М1, М2 – точки измерения, Т1, Т2 – значения температуры в точках измерения M1 и М2; ΔT – перепад температур

Что касается второго типа пленочного расходомера, то они основываются на использовании толстостенной диафрагмы, расположенной на керамической основе. Его активный датчик регистрирует изменения разрежения воздуха во впускном коллекторе, основываясь на деформации пленочной диафрагмы. При значительной деформации получается соответствующий купол диаметром 3…5 мм и высотой около 100 мкм. Внутри расположены пьезоэлектрические элементы, которые преобразуют механическое воздействие в электрические сигналы, которые в дальнейшем передаются на ЭБУ.

В современных машинах, которые используют электронное зажигание, используются датчики давления воздуха, которые считаются более технологичными, чем классические расходомеры, работающие по описанным выше схемам. Датчик расположен в коллекторе и определяет давление и нагрузку двигателя, а также количество рециркулируемых газов. В частности, он соединен с впускным коллектором при помощи вакуумного шланга. В коллекторе в процессе работы возникает разрежение, которое действует на мембрану датчика. Непосредственно на мембране находятся тензорезисторы, чье электрическое сопротивление меняется в зависимости от положения мембраны.

Алгоритм работы датчика состоит в сравнении атмосферного давления и давления на мембране. Чем оно больше, тем больше изменение сопротивления, а значит, и напряжения, подаваемого на ЭБУ. Питание датчика составляет 5 В постоянного тока, а управляющий сигнал — импульс с постоянным напряжением от 1 до 4,5 В (в первом случае это холостой ход двигателя, во втором — работа движка при максимальной нагрузке). Непосредственно ЭБУ вычисляет массовое количество воздуха, исходя еще и из плотности воздуха, его температуры, а также количества оборотов коленчатого вала.

Вследствие того что датчик массового расхода воздуха является достаточно уязвимым устройством и часто выходит из строя, приблизительно с начала 2000-х годов автопроизводители стали отказываться от его использования в пользу применения двигателей с датчиком давления воздуха.

Пленочный расходомер воздуха. 1 – измерительная цепь; 2 – диафрагма; 3 – камера эталонного давления; 4 – измерительный элементы; 5 – керамическая подложка

С помощью полученных данных электронный блок управления регулирует следующие параметры. Для бензиновых двигателей:

• момент впрыска топлива;
• его количество;
• момент инициации зажигания;
• алгоритм работы системы улавливания паров бензина.

Для дизелей:

• момент впрыска топлива;
• алгоритм работы системы рециркуляции отработанных газов.

Как видите, устройство датчика несложное, однако он выполняет ряд ключевых функций, без которых работа двигателей внутреннего сгорания была бы невозможна. Теперь перейдем к рассмотрению признаков и причин неисправностей этого узла.

Где применяются расходомеры воздуха?

Расходомеры воздуха используются в большом диапазоне различных отраслей промышленности, где необходимы контроль и управление расходом воздуха. Они могут выступать в качестве приборов для измерения расхода воздуха газа или пара в вентиляции, в трубопроводах промышленных предприятий, для коммерческого учета объемного расхода газа и т.д. К областям промышленности, где необходимо измерение и управление расходом воздуха (газа) можно отнести:

• Нефтегазовая промышленность
• Химическая промышленность
• Отдельные процессы пищевой промышленности
• Любой технологический процесс, требующий измерения объемного расхода воздуха
• Опасные производства, с наличием агрессивных газов
• Горнодобывающая промышленность
• Магистральные трубопроводы
• Отельные процессы научно-исследовательских лабораторий
• Наукоемкое производство
• Аэрокосмическая отрасль
• Общее производство

В целом выбор конкретной модели из приведенных в каталоге требует изучения особенностей производства, где планируется установка воздушных расходомеров. А также характеристик самого процесса и требований, предъявляемых регламентов при измерении воздуха, газа или пара. Получить консультацию специалистов вы можете, обратившись в нашу компанию. Инженеры помогут выбрать расходомер воздуха, подходящий под ваши требования и условия.

Достоинства и преимущества расходомеров воздуха

Приборы линейки Vortex имеют ряд преимуществ, что позволяет их использовать на большинстве современных промышленных предприятий. Воздушные расходомеры Vortex RNG и Vortex RWG/RWBG обладают возможностью передачи данных по HART-протоколу, что допускает их интеграцию в АСУ. Следовательно, оператор сможет удаленно получать информацию о расходе воздуха, без непосредственного контакта с объектом управления.

Оба расходомера обладают высокой точностью измерений (до 1%) и корректно работают при высоких температурах. Приборы Vortex обладают температурной компенсацией, благодаря встроенному датчику. Имеется возможность осуществить раздельный монтаж самого датчика и дисплея, что позволяет использовать устройство в местах повышенной опасности технологического процесса.

Приборы просты в монтаже и эксплуатации, и не требуют повышенных знаний в особенностях работы расходомера от технического персонала. Благодаря своей конструкции с отсутствующими подвижными элементами, расходомеры воздуха серии Vortex RNG и Vortex RWG/RWBG обладают повышенной стойкостью к вибрациям и механическому воздействию. А также обладают минимальными требованиями к техническому обслуживанию после установки устройства на объект управления.

Ротаметры Hedland H-series 1500 PSI используются для измерения воздуха и коррозийных газов. Особенностью прибора является возможность использовать его для измерения расхода воздуха в опасных условиях, а также коррозийных газов. Особенности конструктивного исполнения ротаметрического расходомера наделяют его стойкостью к механическому воздействию, ударам и вибрациям. Устройство работает автономно и не требует внешнего питания, однако это исключает возможность интеграции прибора в АСУ. При этом необходимо визуальное наблюдение за прибором для получения информации о расходе воздуха.

Прибор корректно работает при высоких температурах измеряемой среды (до +260°C).  Расходомер Hedland H-series 1500 PSI станет оптимальным выбором для малых и средних предприятий с ограниченным бюджетом. Прибор прост в эксплуатации и обслуживании, легко устанавливается на любом участке трубопровода.

Признаки неисправностей

В автомобиле нет ничего вечного, датчик расходомера воздуха тоже выходит из строя, причем регулярно. Многие автолюбители обсуждают на форумах эту проблему.

Как можно узнать, что это важное устройство начало выходит из строя? Очень просто. Те показатели, что измеряет этот элемент, очень важны в процессе правильного приготовления рабочей смеси топлива и воздуха. Неисправности ДМРВ приводят к серьезным нарушениям работы мотора, а то и вовсе двигатель запустить невозможно.

Если расходомер вышел из строя, то может загореться лампа на приборной панели, предлагающая проверить двигатель. Также неполадки влекут за собой повышенный расход топлива, резкий спад мощности силового агрегата. Например, когда выходит из строя расходомер воздуха «Ауди», это ко всему прочему сопровождается снижением динамических характеристик немецкого авто, становится очень трудно завести двигатель, в режиме холостого хода нет стабильности оборотов.

Опытный автолюбитель скажет, что это стандартные признаки, которые могут быть никак не связаны с ДМРВ. Да, это так. Но первое, что стоит проверить при таких симптомах – это ДМРВ.

Как проверить расходомер воздуха

Процесс проверки расходомера воздуха несложен, и его можно выполнить несколькими методами. Рассмотрим их детальнее.

Отключение датчика

Самый простой метод — это отключение расходомера. Для этого необходимо при отключенном двигателе отсоединить питающий провод, подходящий к датчику (как правило, красно-черный). После этого запустить двигатель и проехаться на машине. Если на приборной панели засветилась контрольная лампа Check Engine, холостые обороты превысили 1500 об/мин, а динамика машины улучшилась, значит, с большой долей вероятности можно утверждать, что ваш ДМРВ неисправен. Однако рекомендуем вам выполнить дополнительную диагностику.

Проверка с помощью сканера

Еще один метод диагностики — с помощью специального сканера выявления ошибок в системах автомобиля. В настоящее время существует большое разнообразие таких устройств. Более профессиональные модели используются на СТО или в сервисных центрах. Однако для рядового автовладельца есть более простое решение.

Оно заключается в установке специального программного обеспечения на смартфон или планшет с операционной системой Android. С помощью кабеля и адаптера гаджет подключается к ЭБУ автомобиля, а упомянутая программа позволяет получить информацию о коде ошибок. Чтобы их расшифровать необходимо воспользоваться справочной литературой.

Популярные адаптеры:

• K-Line 409.1;
• ELM327;
• OP-COM.

Что касается программного обеспечения, то чаще всего автовладельцы пользуются следующим ПО:

• Torque Pro;
• OBD Авто Доктор;
• ScanMaster Lite;
• BMWhat.

Коды наиболее распространенных ошибок:

• P0100 — цепь датчика массового или объемного расхода воздуха;
• P0102 — низкий уровень сигнала на входе цепи датчика массового или объемного расхода воздуха;
• P0103 — высокий уровень сигнала на входе цепи датчика массового или объемного расхода воздуха.

С помощью перечисленных аппаратных и программных средств вы сможете не только выполнить поиск ошибки расходомера воздуха, но и провести дополнительные настройки для установленного датчика или других узлов автомобиля.

Проверка расходомера с помощью мультиметра

Также среди автолюбителей популярен способ проверки расходомера с помощью мультиметра. Поскольку в нашей стране наиболее популярным является ДМРВ BOSCH, то алгоритм проверки будет описан именно для него:

1. Включить мультиметр в режим измерения постоянного напряжения (в английской аббревиатуре — DC). Установить такой верхний предел, чтобы прибор мог определять напряжение до 2 В.
2. Запустить двигатель автомобиля и открыть капот.
3. Отыскать непосредственно расходомер воздуха. Обычно он находится на корпусе воздушного фильтра или за ним.
4. Красный щуп мультиметра необходимо подсоединить к желтому проводу на датчике, а черный — к зеленому.
5. Если датчик исправен, то значение напряжения на экране мультиметра не должно превышать 1,05 В. Если же напряжение значительно выше — значит, датчик полностью или частично вышел из строя.

Приводим для вас таблицу, где указано значение полученного напряжения и состояние датчика.

Значение напряжения, ВСостояние датчика

0,966…1,01	Значение напряжение на новом ДМРВ
1,01…1,02	Хорошее состояние датчика
1,02…1,03	Среднее состояние
1,03…1,04	Ресурс датчика подходит к концу
1,04…1,05	Очень плохое состояние
Свыше 1,05	Датчик необходимо срочно заменить

Визуальный осмотр

Третий метод подразумевает диагностику только по внешним признакам. Для того чтобы визуально диагностировать поломку, следует очень внимательно исследовать внутреннюю полость патрубка, на котором закреплен датчик. Эта поверхность должна быть максимально чистой и сухой.

Нужно заметить, что самая частая причина, по которой ДМРВ выходит из строя, это банальная грязь, что попадает на рабочий участок. Этим часто страдает расходомер воздуха «Ауди».

Чтобы исключить попадание грязи, следует проводить регулярную замену фильтров.

Кроме этого, на поверхности датчика можно увидеть следы масла. Это говорит о том, что в двигателе превышена норма масла или же есть неполадки в вентиляционной системе картера.

На следующем шаге необходимо снять датчик. Чтобы выполнить демонтаж, понадобится рожковый ключ. Откручивается два болта и элемент снимается из корпуса фильтра для очистки кислорода.

В момент демонтажа необходимо убедиться в наличии полиуретанового уплотнителя. Он зачастую вынимается вместе с датчиком. Кольцо необходимо, чтобы защитить систему от завоздушивания. Если его нет ни в патрубке, ни в датчике, значит причина в отсутствии этого кольца.

Если кольца нет, то грязь будет попадать в полость детали, что не считается допустимым.

Ремонт расходомера воздуха

В большинстве случае ремонту эти приборы не подлежат. Их просто заменяют на аналогичный или же универсальный. Ремонту поддаются лишь те, которые применяют принцип трубки Пито. Часто случаются загрязнения, которые могут затруднять ход пластинки.

Справиться с грязью можно при помощи специальных спреев, которые используются для промывки карбюраторов. В редких случаях можно восстановить работу этого переменного резистора, установив его на плату с контактами. Иногда удается справиться с этой проблемой просто подогнув пластины так, чтобы наконечник работал по еще не изношенной части площадки.

Многие специалисты на СТО предлагают отключения устройства от блока ЭБУ. Однако при этом ничего хорошего не получится.

Не поддаются ремонту и термоанемометрические расходомеры. А вот расходомер воздуха Bosch можно попробовать вылечить.