Все про датчик масової витрати повітря (витратомір)

У тонкому і точному налаштуванню автомобільного двигуна важливо все: і якість авторідин, і нормальна робота кожного елемента, і злагодженість всіх процесів. Одним з елементів, що визначають, наскільки правильно в кінцевому підсумку буде працювати автомобіль, є датчик масової витрати повітря, він же витратомір повітря або MAF-sensor (від Mass Air Flow), як його частіше називають автомобілісти.

Навіщо потрібен ДМВП?

Для повного згоряння однієї частини палива потрібно приблизно 14,7 частин повітря, така суміш називається стехіометричною, оптимальною по співвідношенню. Буде менше повітря, ніж потрібно – бензин не згорить повністю, отримаємо брудний вихлоп, який не відповідає сучасним екологічним нормам. Буде більше повітря – на збідненій суміші двигун не зможе розвинути повну потужність.

Витратомір призначений для постійного контролю кількості повітря, що надходить в циліндри, і передачі цих даних системі регулювання впорскування палива. Тобто, чим більше повітря йде в двигун, тим більше палива буде подано на форсунки.

Коли водій натискає на педаль газу, він регулює саме подачу повітря: відкривається дросельна заслінка (безпосередньо або від сигналу ЕБУ). Надходить більше повітря – реагує ДМВП, після чого подається більше палива в камери згоряння і збільшуються обороти двигуна.

Нормально працюючий витратомір повітря дозволяє не тільки максимально ефективно використовувати паливо, але і максимально ефективно використовувати каталізатор і фільтр сажі, а в загальній перспективі – скоротити витрати на паливо, зменшити зношення вузлів автомобіля і подовжити час комфортної експлуатації. Електроніка враховує показники не тільки ДМВП, а й лямбда-зонда, що дозволяє більш точно контролювати подачу палива.

Види і принцип дії

Схема ДМВП в корпусі

Еволюція витратомірів спрямована на пошук методів більш точного вимірювання, обліку більшої кількості параметрів, щоб в результаті отримати максимально стабільну роботу двигуна.

Механічні датчики (витратоміри з трубкою Піто) працювали за принципом повітряного опору: чим сильніший потік повітря, тим більше відхилялася внутрішня демпфуюча пластина. Ці системи були довговічними і надійними, але недостатньо точними. З появою більш сучасних паливних систем знадобилися більш прогресивні методи вимірювання.

Наступне покоління – термоанемометричний датчик з платиновою ниткою (Hot Wire MAF Sensor). Саме платиновою, бо цей метал найдовше чинить опір термічній деградації. Принцип дії заснований на підтримці постійної температури нагрітої нитки: чим більший потік повітря проходить через неї, тим швидше вона остигає і тим більше енергії потрібно на нагрів. Контроль температури здійснюється терморезистором, а дані про витрачену на нагрівання нитки енергію передаються на ЕБУ як інформація про кількість повітря, що проходить через нитку.

Схема датчика MAF. 1. Кільце. 2. Платинова нитка.
3. Термокомпенсаційний опір. 4. Кріплення кільця.
5. Корпус електронного модуля.

Для більш точного вимірювання в сучасних датчиках враховується ще і температура повітря, що поступає.

Найчастішою причиною виходу з ладу є забруднення нитки відкладеннями пилу і моторної оливи. Тому в таких датчиках передбачено функцію самоочищення: після кожної зупинки двигуна платинова нитка на пару секунд розігрівається до 1100 ^{про З. Всі органічні відкладення миттєво згорають або обвуглюються.}

Недоліком нитяних датчиків є обмежений ресурс роботи: платина, незважаючи на свою стійкість, рано чи пізно вигоряє.

Більш прогресивною модифікацією став плівковий датчик (Hot Film Air Flow Sensor, HFM). Принцип роботи той самий, що і у дротяного: маса вхідного повітря визначається за ступенем охолодження нагрівального елементу. На керамічну основу (підкладку) встановлюються всі необхідні елементи у вигляді тонкоплівкових резисторів, в тому числі і нагрівальний елемент у вигляді платинового напилення. Сенсор встановлюється в повітряному каналі, через який проходить тільки вхідний потік повітря (вимірювання виходять більш точними за рахунок відсутності зворотних повітряних хвиль від працюючих клапанів і поршнів двигуна). У плівкових датчиках відсутня проблема забруднення: пил і моторна олива не потрапляють на шар, що нагрівається, а значить, немає необхідності в самоочищенні. У плівкових сенсорах враховується і щільність повітря, яка також впливає на швидкість охолодження нагрівального елементу.

Схема датчика HFM. 1. Електричний роз'єм. 2. Зовнішній корпус.
3. Електронна схема. 4. Термічні елементи. 5. Корпус датчика. 6. Канал повітряного потоку.

В найновіших моделях автомобілів конструктори вже відмовилися від ДМВП, замінивши їх датчиками абсолютного тиску. Але витратоміри повітря, засновані на нагрівальному елементі, в даний час використовуються найбільш широко.

Місце установлення

Оскільки датчики чутливі до забруднень, їх встановлюють в повітроводі після повітряного фільтра перед дросельною заслінкою. Сам датчик розташований в корпусі – пластиковій трубці, закритій з одного боку сітчастим фільтром, що запобігає завихренню повітряного потоку. Продаватися датчики можуть як разом з корпусом, так і окремо, якщо конструкція датчика передбачає заміну центрального елемента.

Роз'єм на датчику підключається в бортову мережу: до джерела напруги і ЕБУ.

Поломки витратомірів

Найчастіше датчики витрати повітря виходять з ладу просто від зношування: платинова нитка (і платинове напилення НЕ кремнієвої пластини) поступово стоншується від нагрівання. У дротяного ДМВП ресурс становить приблизно 150 тис. км, але ця цифра може стати і більше, і менше, залежно від стану інших вузлів автомобіля.

Пошкоджене напилення доріжок на витратомірі

Причиною дострокової поломки датчика найчастіше є бруд на нагрівальному елементі: пил і моторна олива спотворюють показання і викликають перегрів.

Зламаний датчик не ремонтується, його міняють на новий. З огляду на, що це не найдешевша деталь, незайвим буде подбати про максимальне подовження терміну експлуатації. На роботу витратоміра повітря впливають:

• Стан повітряного фільтра. Якщо фільтри регулярно міняти і використовувати тільки якісні, можна не турбуватися про попадання пилу в повітропровід. Якщо ж фільтр вийшов з ладу або не відповідає технічним вимогам, поломка витратоміра здасться нісенітницею в порівнянні з вартістю ремонту двигуна.
• Стан двигуна. З працюючого мотора в повітропровід можуть потрапляти пари оливи. Оливні відкладення, що забруднюють платиновий елемент, прискорюють його зношення. На концентрацію моторної оливи в картерних газах впливає стан поршневих кілець і сальників клапанів.
• Стан проводки. Одна з можливих причин поломки датчика – порушення електричних контактів. Цю причину іноді можна усунути, якщо пошкодження не серйозне.

Коли витратомір виходить з ладу, порушується баланс між бензином і повітрям, що надходять в двигун. Відповідно, проблеми будуть відображатися на роботі двигуна:

• Підвищується витрата палива,
• Порушуються показники розгону, виникають провали при наборі швидкості,
• Нетипова робота двигуна на холостому ходу (занадто високі або занадто низькі обороти),
• Горить Check Engine,
• Двигун погано заводиться або не заводиться взагалі.

Причиною перерахованих проблем не обов'язково буде поломка ДМВП: більш точно можна визначити тільки після діагностики. Самостійно можна хіба що оглянути місце підключення датчика (іноді збій в роботі двигуна з'являється через пошкодження воздуховода) і, якщо є відповідні інструменти, то зняти сам датчик і замінити його робочим. Якщо після заміни проблеми з двигуном залишилися – справа не в витратомірі, а в інший несправності.

Сильно забруднений датчик можна спробувати «реанімувати» - очистити нагрівальний елемент, щоб він зміг пропрацювати ще трохи, до покупки нового. Використовують для цієї мети спеціальні очисники (карбоклінер або очищувач для ДМВП), що дозволяє ненадовго подовжити «життя» деталі. Однак потрібно пам'ятати, що елементи датчика пошкоджуються від найменшого впливу, тож протирати чутливий елемент (навіть злегка!) не можна.

Несправний витратомір повітря впливає не тільки на режим роботи двигуна, але і на ресурс вихлопної системи: фільтр сажі і каталізатор дуже чутливі до чистоти вихлопу, яка неможлива без оптимального співвідношення повітря і палива. У сучасних автомобілях все компоненти взаємозалежні, і поломка навіть такого маленького датчика може викликати «ланцюгову реакцію» несправностей. А значить, поломки краще усувати відразу, щоб і далі їздити без проблем.

Про те, як вибрати новий ДМВП, читайте наш "Гід покупця".