Расходомеры воздуха для авто и промышленности

Датчики массового расхода воздуха (ДМРВ) отвечают в транспортных средствах за подачу системе управления агрегата данных об его объеме, направляющегося системой в цилиндры мотора. От работы сенсора зависит корректность системы впрыска, что влияет на всю работу силовой установки. Признаки поломок детектора расхода воздуха схожие с таковыми для других сенсоров (холостого хода, частоты оборотов мотора): перерасход горючего, нестабильность оборотов, понижение тяговых способностей. Также есть измерители расхода сжатого воздуха для производственных условий, их принцип и типы схожие. Рассмотрим, как диагностировать поломку ДМРВ, как проанализировать работоспособность, заменить, из чего состоит изделие, где находится.

Что такое датчик массового расхода воздуха

Названия рассматриваемого прибора:

• детектор (измеритель) массового расхода или расходомер воздуха;
• ДМРВ;
• датчик РВ
• MAF (mass air flow sensor).

MAF-измеритель — это один из детекторов электронного управления (ЭБУ или ЭСУД) силовой установки, обслуживает систему впрыска, соответственно, влияет на корректность работы всей силовой установки, ведь данный аспект значим и для зажигания, движения цилиндров, для оборотов, тяговых способностей.

Назначение сенсоров расхода воздуха

Задача детектора: подача ЭБУ данных о количестве нагнетаемого на цилиндры воздуха для его определения и балансировки при определенных режимах движения ТС.

MAF может сотрудничать с детекторами t°, атм. давл., корректирующими его работу, уточняющими выдаваемые значения.

ЭБУ на основе данных от ДМРВ рассчитывает и определяет:

• продолжительность импульсов открытия форсунок, вычисляет нужный объем горючего для поддержания стехиометрического баланса объемов последнего и воздуха, чтобы ЭБУ корректно создавал заданные режимы функционирования ДВС;
• определяет режимные точки мотора. Учитывая массовый показатель расхода кислорода, параметр которого называется «Цикловым расходом» или «Нагрузкой на двигатель», а также t° мотора, его обороты ЭБУ вычисляет загруженность ДВС. Исходя из результатов расчетов, система управляет не только количеством подающегося на силовой блок топлива, но и углом опережения зажигания. Таким образом производится корректировка и контроль крутящего момента.

Если же выразить назначение ДМРВ кратко, то это измеритель, определяющий правильные параметры воздуха для наполнения цилиндров, для их оптимального движения при разных режимах.

Ниже рассмотрим разновидности расходомеров кислорода моторов автомобилей, а в конце статьи опишем изделия для промышленности

Механический датчики расхода воздуха

Детекторы с механикой устарелые, в современных легковых автомобилях используются редко. Чаще применяют для промышленности. Приборы данного типа называли также «лопаточными расходомерами». Внутри они имеют мягко закрепленную пластину, которую изгибают потоки кислорода. Встроенный потенциометр (электронная схема с резисторными дорожками) измеряет сопротивление: заслонка, поворачиваясь, передвигает свой ползунок по указанным элементам, таким способом меняет указанную величину. Для корректировки значений схема дополняется датчиком температуры всасываемого воздуха. Такие варианты были распространенными до начала 2000-х.

Электронные ДМРВ

Электронные варианты измерителей без подвижных механических узлов, надежнее, результаты точнее, не зависят от t° окружающей, рабочей, измеряемой среды.

Пластинчатые, проволочные

Другие названия пластинчатого ДМРВ — Hot Wire MAF Sensor. Базой тут выступает теплообменник с 2 тонкими полосами из сплава с добавлением платины, нагреваемые электричеством. Одна часть — рабочая, другая — контрольная. Работа основывается на разнице t° на каждой полоске. Их подвидом являются такие же устройства, но вместо пластины используется проволока.

Алгоритм: поток проходит через теплообменник, схема регистрирует интенсивность охлаждения, реагирует увеличением/понижением подающегося на нее тока, чтобы держать определенную постоянную разницу t° на сенситивных элементах.

Изменения подаваемого электричества и обрабатывает ЭБУ, определяя параметры поступления воздуха.

Этапы работы более подробно:

• электросхема держит платиновую нить/пластину стабильно нагретой. Сплав имеет низкое сопротивление, стойкий к окислению, к химическим веществам, почти полностью не подвержен коррозии;
• конструкция создана так, что походящий поток охлаждает рабочую нить;
• по мере остывания проволоки на нее электронной схемой подается более мощный ток для того, чтобы обеспечить стабильность нагрева;
• преобразователь переводит токовые показатели в значения разности потенциалов, напряжения. Результат измерения и пропущенное количество кислорода имеют определенную зависимость. Точное уравнение интегрировано в ЭБУ, по этому алгоритму система решает, сколько воздуха требуется в конкретный момент;
• проволочные разновидности имеют опцию самоочистки, при которой платиновый элемент накаляется до +1000° C, при этом с его поверхности испаряются разные химвещества, загрязнения. Такие циклы постепенно истончают нить, что является причиной погрешностей, постепенному износу проволоки.

Пленочные, мембранные

Другие названия — Hot Film Air Flow Sensor, HFM. Сенситивные части — это кремниевые с платиновым напылением полоски.

Существует 2 типа указанных детекторов:

• термоанемометрические с сенситивными элементами пленочного типа;
• с диафрагмой утолщенного типоразмера.

Сначала опишем термоанемометрический вариант. Изделие являет собой усовершенствованный проволочный вариант. Но вместо нити применен кристалл Si, на поверхности платиновые прослойки, выполняющих роль резисторов, а именно: нагревательного, термоизмерительных (2 шт.) и датчика t° входящего вещества.

Как и у проволочного ДМРВ, сенситивная деталь находится в проходе для потока, и она постоянно подогретая электросхемой с нагревателем. При вхождении потока внутрь канала меняется его термопараметры, что отслеживается резисторами на 2 концах данного пути. Разница показаний — это разность потенциалов, оно же постоянное напряжение (0…5 В). Такой аналоговый импульс, подается на ЭБУ, там оцифровывается и обрабатывается.

Диафрагменный. Это вторая разновидность пленочных изделий, в них сенситивными деталями выступает утолщенная диафрагма на керамике. Активный детектор изделия отслеживает степень разрежения на коллекторе впуска по деформациям такой пленки. Последняя может трансформироваться, образовывая небольшие вздутия. Внутри размещены пьезоэлементы, преобразовывающие влияния потока в электроимпульсы, идущие на ЭБУ для обработки там.

Учет разница температур — основа почти всех вариантов детекторов количества воздуха в автомобиле (кроме устаревшего лопаточного), именно поэтому в большинстве случаев применяют два по-разному чувствительных элемента (или значение измеряется с разных сторон такой детали). И это логично, так как на температуру силовую установку влияют погодные условия подобные факторы, должен быть инструмент, обходящий их, таковым и является разница значений на чувствительных элементах ДМРВ.

Особенности разновидностей

Первые ДМРВ были механическими и они до сих пор встречаются на впрыске K-, KE-, L-Jetronic, Motronic. Внутри такого устройства есть демпфирующая камера и затвор ее и измерительный, пружина для возврата, потенциометр, регулируемый байпас (он же обводной канал).

На современные модели чаще ставят пластинчатые, нитяные (проволочные) разновидности пленочные термоанемометры или с толстостенной диафрагмой. И отдельно надо выделить систему с заменой данного устройства датчиком давления на коллекторе.

Система абсолютного давления

На современных автомобилях с электронным зажиганием ДМРВ может отсутствовать вообще. Все больше машин выпускаются без расходомеров. Но, конечно же, его заменяет специальный узел — особая система абсолютного давления, датчики давления (ДАД, MAP — Manifold absolute pressure sensor). Устройство более совершенное, чем традиционные ДМРВ.

Сенсор узла абсолютного давления находится на коллекторе, проводит мониторинг нагрузки на агрегат, отслеживает рециркулируемые газы. Прибор соединен вакуумным шлангом, на котором возникает разрежение, влияющее на мембранную часть такого датчика, где размещены резисторы меняющие свое сопротивление при ее изгибании потоком.

Сенсор сравнивает давления: атмосферное и на пластине. Чем выше значение, тем больше меняется сопротивление и электроимпульсы, идущие на ЭБУ. Датчик запитывается 5 В, управляющие сигналы в диапазоне от 1…4.5 В. Первая цифра — это холостые, вторая — максимум нагрузки. ЭБУ, помимо прочего, исчисляет объем воздуха по его плотности, температуре, числу вращений коленвала.

Где установлен ДМРВ на автомобиле

Место датчика РВ — впускной тракт, на патрубке впуска возле узла воздушной фильтрации или на самом его корпусе. Описанная система является главной для механизма впрыска.

Как работают датчики расхода воздуха

Чем сильнее нажат акселератор, тем больше воздуха идет на отсеки сгорания. Сенсор кислорода моментально фиксирует этот объем, отсылает команду на электронное управление, которое дает указание исполнительным узлам отправить на цилиндры больше горючего.

При режиме во время равномерного движения воздух тратится в малом количестве, что не требует большого расхода горючего, он должен быть меньшим, о чем и отправляет данные на ЭБУ рассматриваемый нами расходомер.

Признаки неисправностей автомобильных сенсоров расхода воздуха

Сложность диагностики для автомобильных изделий в том, что схожие симптомы характерные и для датчиков холостого хода, оборотов мотора, положения распредвала, некоторых других сенсоров. И наоборот, признаки неполадки перечисленных узлов присущи плохой работе ДМРВ. Поэтому проверка предполагает работу непосредственно с самим прибором.

Надо отметить, что автомобиль со сломанным ДМРВ может функционировать, и иногда даже на первый взгляд более или менее нормально. Но также есть высокий риск глушения мотора, его незапуска, то есть к перечню симптомов добавляется этот досадный пункт. По этому моменту устройство похоже на ДПКВ (датчик положения коленвала, числа оборотов). Конечно же, если машина при сломанном ДМРВ кое-как работает, то ее в принципе можно эксплуатировать, но надо учесть, что некорректная функциональность вскоре приводит к быстрому износу системы, к более значительным поломкам.

Показатели детекторов кислорода на моторе автомобиля ключевые для процесса образования топливовоздушной смеси, поэтому зачастую работа мотора нарушается заметно и значительно.

Последствия и признаки сломанного ДМРВ:

• повышенный расход горючего;
• резкое понижение силовых характеристик, мощности, тяги;
• уменьшаются динамические параметры;
• двигатель глохнет, его трудно или невозможно запустить;
• проблемы с запуском холодного мотора;
• классический признак для поломок датчиков силовой системы: холостые «плавают», нестабильные.

Диагностика автомобильных ДМРВ

По вопросу диагностики наблюдается традиционная для датчиков автомобиля картина. К сожалению, даже опытный мастер скажет, что перечисленные выше признаки могут быть никак не связанными с ДМРВ. То есть однозначно сразу определить, что сломан именно этот сенсор чрезвычайно сложно.

А также в равной мере — для ДХХ, ДПРВ, ДМРВ, ДПКВ — встречаются рекомендации проверять в первую очередь именно конкретно какое-то из перечисленных устройств. Поэтому так сложно обстоят дела с диагностикой.  Но если машина глохнет и не заводится, то, скорее всего, сломано, что-то из двух последних позиций перечисленного.

При поломке высвечивается на приборной панели Cheсk Engine, но такая индикация может появляться при разных неисправностях.

Осмотр

Осмотр, очищение от грязи внешних элементов, зачистка контактов — это первое, что надо сделать, перед тем как приступить к более основательной проверке и делать какие-либо выводы о работоспособности ДМРВ. Возможно, причиной некорректных показаний, погрешностей сенсора является всего лишь грязь, неплотно прикрученное крепление или/и отошла фишка с клеммами, загрязнение, окисление контактов.

Демонтаж:

1. Выключают зажигание.
2. Гаечным ключом (обычно на 10) отсоединяют воздухопровод (шланг) подводящий воздух.
3. Отсоединяют провода, фишку с ними.
4. Аккуратно проводят демонтаж датчика расхода воздуха.

При визуальном осмотре убирают любую замеченную грязь, особое внимание уделяют контактам. Если они окислены, налипли какие-либо вещества, загрязнение удаляют любыми острыми, шероховатыми предметами с разумным усилием. Если же проводки оборваны (можно «прозвонить» мультиметром), то такой сегмент нужно соединить скруткой желательно с пайкой, а лучше полностью заменить кабель.

Рекомендовано также разобрать сенсор, проверить чистоту внутренней конструкции, так как герметичность корпуса может быть нарушена, в том числе незаметными микротрещинками. Обычно конструкция изделия позволяет это сделать достаточно легко — открутив болты на крышке, сняв уплотнители. Микроскопические частички пыли, грязи, технологических жидкостей могут проникать внутрь, скапливаться на чувствительных элементах, что провоцирует погрешности.

На чувствительных элементах не должно быть вмятин, изгибов из-за механических влияний, и вообще любых повреждений. Надо помнить, что пленочный компрессор нельзя очищать сильной струей сжатого воздуха из компрессора, из специальных баллончиков для чистки. А также у некоторых типов расходомеров сенситивными деталями являются нити, тонкая проволока — надо тоже смотреть, чтобы усилия и движения были аккуратными, чтобы не повредить их.

Анализ тестером

Самый надежный стопроцентный способ проверки — применить диагностический прибор ODBII и посмотреть по спецификации конкретной марки автомобиля, что означает код ошибки.

Выключением ДМРВ и временная замена исправным

Первый самый простой метод, как проверить ДМРВ — отключение. Просто отщелкивают фишку (разъем) с контактами. После отсоединения заводят двигатель. ЭБУ должен уведомить о проблемах: высвечивается Check Engine, тестер ODBII, если его подключить, покажет ошибку.

Горючее продолжит подаваться, но не посредством дроссельной заслонки. Дальше число оборотов увеличивают до 1500, затем, чтобы полностью быть уверенным в характере неполадки, желательно совершить небольшую поездку. Если резвость, динамика и качество работы агрегата улучшились, то неисправный именно ДМРВ.

При описанной манипуляции поломка определяется с очень высокой достоверностью, но можно также повысить точность диагностики: одолжить аналогичный сенсор, вставить его и если неполадка исчезнет то, конечно же, был неработоспособным предыдущий детектор расхода воздуха.

Диагностика датчика массового расхода воздуха мультиметром

Устройство можно не снимать полностью:

Распиновка контактов разъема ДМРВ:

Примеры показаний тестера:

Способ проверки мультиметром можно применить только к расходомерам марки Bosch. Селектор тестера переводят на отметку 20В режима измерения постоянного напряжения (DC).

Бош предусматривает на них наличие 4 проводка:

• желтый — для сигнала;
• серо-белый и розово-черный проводит напряжения (это жилы питания);
• зеленый — «земля»;
• красно (розово) — черный.

Перед процедурой глушат двигатель, но зажигание выключать не надо. Красным щупом тестера касаются к желтому проводку. Черным — к зеленому. Таким образом тестером измеряется напряжение. При рабочем датчике мультиметр покажет 0.96–1.05, в зависимости от отметки данного диапазона есть различные состояния сенсора, но в целом он работоспособный. А вот если значение 1.05 и выше, то ДМРВ однозначно сломан, требует замены. Ниже таблица, что означают различные показания мультиметра по напряжению:

Причины поломок

ДМРВ ломается по таким причинам:

• естественный износ. Чувствительная часть со временем истончается;
• частые перегрузки мотора. Периодически чрезмерно перегреваемый датчик или его элементы могут начать выдавать значения с погрешностями, так как такие цикли приводят к изменениям в структуре самого металла сенситивного элемента, меняется его сопротивление, от которого зависят импульсы, идущие на ЭБУ;
• механические повреждения при различных действиях: задевание инструментами при ремонте, замене воздушного фильтра и подобное;
• попадание грязи, влаги, технологических веществ внутрь. Достаточно трещинки в доли мм на корпусе. Влага внутри может причинить замыкание цепи сенсора.

Советы по уходу и обслуживанию ДМРВ автомобиля

Рекомендации для продления службы датчиков расхода воздуха:

• регулярная замена, очистка воздушного фильтра. Иначе возникает высокий риск перегрева, при котором прибор будет выдавать некорректные данные;
• избегать частого перегрева мотора, следить за корректностью работы системы охлаждения, за ее функционированием в штатном режиме, без значительных перегрузок;
• если проводится чистка внутренних частей расходомера, то надо выполнять процедуру предельно аккуратно, надо учесть, что даже после более или менее щадящих нескольких таких процедур на элементах могут возникнуть заметные повреждения.

Ремонт и замена

Этапы замены: открывают капут, окидывают клемму с аккумулятора (этого можно и не делать, но рекомендовано для безопасности), снимают воздуховод, откручивают крепления, отщелкивают фишку кабеля, вынимают старый и вставляют новый ДМРВ.

Если в памяти ЭБУ были ошибки, то надо ее очистить диагностическим тестером или с приборной панели, если в автомобиле есть такая функция, иначе некоторое время может высвечиваться Check Engine при рабочем изделии.

Основательный ремонт целесообразен, только если есть запасные части к ДМРВ от аналогичной его модели. То есть невозможно и нецелесообразно чинить чувствительные элементы и прочие детали — максимум, что можно сделать, если позволяет конструкция, заменить их, заполучив таковые от б/у изделий на сервисах, разборках и так далее. Но зачастую даже такая процедура невозможная, так как конструкция прибора делает сложным обновление отдельных ее частей.

Ремонт возможен, только если касается несложных повреждений:

• поврежден кабель, воздуховод, фишка с контактами — их меняют;
• корпус после промывки можно дополнительно загерметизировать герметиками, поменять уплотнители.

Но в большинстве случаев починка состоит в очистке датчика. Опишем один из вариантов процедуры:

1. Открутить саморезы крепления (кронштейна) ДМРВ. Как правило, они нестандартного типоразмера, поэтому можно применить пассатижи и заменить их на обычные (например, 4.9×20) под крестообразную отвертку для удобства будущих таких операций.
2. Отсоединяем воздуховод, снимаем прибор;
3. Готовим приспособление для мойки — подойдет аэрозольный очиститель для карбюраторов, но лучше специальный очиститель именно для ДМРВ (на фото ниже).
4. Конец помещают в верхний канал измерительного (сенситивного) элемента на 10 мм.
5. Промывка: нажимают на баллончик на 2–3 сек., через несколько секунд — еще раз, обычно больше не требуется, чрезмерное количество нагрузок не желательное. Если промывка делается на разобранном приборе, то трубку надо держать на некотором удалении от чувствительного элемента, чтобы уменьшить силу струи.

Для некоторых типов приборов крайне нежелательно применять тампоны, вату, кисточки и даже сжатый воздух, так как обычно средства с ним создают намного больший напор, чем при описанной выше промывке. Уровень допустимости применения перечисленных средств можно выразить так:

• для механических устройств можно, с разумными усилиями;
• для проволочных можно, но с оговорками: некоторые специалисты крайне не рекомендуют, но допускают при особой аккуратности;
• для пленочных запрещается, для них — только промывка, как описано выше, она же всегда рекомендована для всех типов ДМРВ.

То есть силовое воздействие на пленочный резистор, чувствительную часть должно быть близким к нулю. Ветошь, вату, кисточки можно применять лишь к нечувствительным, рабочим частям, таким как сам корпус, контакты.

Датчики расхода воздуха в промышленности

Промышленные расходомеры воздуха — это приборы для определения степени расхода рабочего вещества, в данном случае воздуха, газа, который проходит через трубопровод.

Виды

Расходомер сжатого воздуха в промышленности применяется почти во всех ее сферах, в частности: компрессорные установки в любых отраслях, производство, лаборатории, химическая и газовая отрасль, системы вентиляции.

В промышленности используются следующие типы расходомеров:

• вихревые. Состоят из датчика из двух чувствительных частей: обтекаемого и пьезосенсора. Часть с этими деталями помещается внутрь трубопровода. Проходя через обтекаемое тело поток образует завихрения определенной формы и частоты, которые зависят от параметров воздуха. Пьезоэлемент реагирует на трансформации потока, подает сигнал на электронику, которая проводит расчет, выводит на дисплей количество пропущенного вещества;
• ротаметрические. Это корпус со шкалой, около которой капсула внутри с поплавком-индикатором. Положение указателя зависит от объемного расхода газа;
• тахометрические — крыльчатку крутит поток газа, скорость регистрируется электроникой, которая и вычисляет количество вещества;
• кориолисовы. Колебания Трубки в форме буквы U вызывают закручивание газ, величина сдвига фаз зависит от его расхода, который и измеряется по углу завихрений. Чаще применяются для жидкостей;
• измерители перепадов давления. Поток проходит через сужающуюся шайбу, трубку, сопло при этом измеряется давление, которое возрастает/понижается в зависимости от интенсивности движения вещества.
• ультразвуковые. Измеряется УЗ волна, пропускаемая через среду;
• калориметрические. Расходомер сжатого воздуха работает по следующему принципу: поток нагревается внешними источниками, при движении датчики фиксируют изменение t°.

Промышленный расходомер также может измерять температуру, объемный расход в м. куб за мин., скорость потока. Используются механические и цифровые (пленочные, проволочные термоанемометр, пьезопленочный элемент) варианты изделий, принцип которых аналогичный автомобильным. Устройства устанавливаются на втягивающем тракте.

Пример характеристик модели ЕЕ 75:

Видео по теме