مستشعر تدفق الكتلة

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "مستشعر تدفق الكتلة" - الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( نوفمبر 2009 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

مستشعر تدفق الكتلة (الهواء) ( MAF ) هو مستشعر يستخدم لتحديد معدل تدفق الكتلة للهواء الداخل إلى محرك الاحتراق الداخلي المحقون بالوقود .

معلومات كتلة الهواء ضرورية لوحدة التحكم في المحرك (ECU) لتحقيق التوازن وتوصيل كتلة الوقود الصحيحة إلى المحرك. يتغير الهواء كثافته مع درجة الحرارة والضغط. في تطبيقات السيارات، تتغير كثافة الهواء مع درجة الحرارة المحيطة والارتفاع واستخدام الحث القسري ، مما يعني أن أجهزة استشعار تدفق الكتلة أكثر ملاءمة من أجهزة استشعار التدفق الحجمي لتحديد كمية هواء السحب في كل أسطوانة.

هناك نوعان شائعان من أجهزة استشعار تدفق الهواء الكتلي المستخدمة في محركات السيارات. وهما مقياس الريشة والسلك الساخن. ولا يستخدم أي من التصميمين تقنية تقيس كتلة الهواء بشكل مباشر. ومع ذلك، باستخدام أجهزة استشعار ومدخلات إضافية، يمكن لوحدة التحكم الإلكترونية في المحرك تحديد معدل تدفق الهواء الكتلي.

تُستخدم كلتا الطريقتين بشكل شبه حصري في محركات حقن الوقود الإلكتروني (EFI). يصدر كلا تصميمي المستشعرين إشارة 0.0-5.0 فولت أو إشارة تعديل عرض النبضة (PWM) تتناسب مع معدل تدفق كتلة الهواء، ويحتوي كلا المستشعرين على مستشعر درجة حرارة الهواء الداخل (IAT) مدمج في غلافهما لمعظم المركبات التي يتم تشخيصها بعد الفحص على متن السيارة (OBDII). يمكن أن تحتوي المركبات قبل عام 1996 على مستشعر تدفق الهواء بدون مستشعر درجة حرارة الهواء الداخل (IAT). ومن الأمثلة على ذلك سيارة إنفينيتي Q45 موديل 1994 .

عند استخدام مستشعر MAF بالاشتراك مع مستشعر الأكسجين ، يمكن التحكم في نسبة الهواء/الوقود في المحرك بدقة شديدة. يوفر مستشعر MAF معلومات تدفق الهواء المتوقعة لوحدة التحكم في الحلقة المفتوحة (تدفق الهواء المقاس) إلى وحدة التحكم الإلكترونية، ويوفر مستشعر الأكسجين ردود فعل مغلقة الحلقة من أجل إجراء تصحيحات طفيفة على كتلة الهواء المتوقعة. انظر أيضًا مستشعر الضغط المطلق المتعدد ( مستشعر MAP ). منذ حوالي عام 2012، تتضمن بعض مستشعرات MAF مستشعر رطوبة . ^[1]

يقيس مستشعر تدفق الهواء VAF (Vane Air Drain) زخم تدفق الهواء إلى المحرك باستخدام ريشة هواء محملة بنابض (غطاء/باب) متصلة بمقاومة متغيرة ( مقياس الجهد ). تتحرك الريشة بما يتناسب مع زخم تدفق الهواء. يتم تطبيق جهد على مقياس الجهد ويظهر جهد على الطرف الخارجي لمقياس الجهد يتناسب مع زاوية دوران الريشة، أو قد تنظم حركة الريشة بشكل مباشر كمية الوقود المحقونة ، كما هو الحال في نظام K-Jetronic .

تحتوي العديد من أجهزة استشعار VAF على برغي ضبط الهواء والوقود، والذي يفتح أو يغلق ممر هواء صغير على جانب مستشعر VAF. يتحكم هذا البرغي في خليط الهواء والوقود من خلال السماح لكمية محددة من الهواء بالتدفق عبر رفرف الهواء، وبالتالي إمالة أو إثراء الخليط. من خلال تدوير البرغي في اتجاه عقارب الساعة، يتم إثراء الخليط، ومن خلال تدويره في عكس اتجاه عقارب الساعة، يتم إمالة الخليط.

تتحرك الريشة بسبب قوة سحب تدفق الهواء ضدها؛ فهي لا تقيس الحجم أو الكتلة بشكل مباشر. تعتمد قوة السحب على كثافة الهواء (تعتمد كثافة الهواء بدورها على درجة حرارة الهواء)، وسرعة الهواء وشكل الريشة، انظر معادلة السحب . تتضمن بعض مستشعرات VAF مستشعرًا إضافيًا لدرجة حرارة الهواء الداخل (مستشعر IAT) للسماح لوحدة التحكم الإلكترونية للمحركات بحساب كثافة الهواء، وتوصيل الوقود وفقًا لذلك.

إن طريقة قياس الريشة لها بعض العيوب:

• إنه يقيد تدفق الهواء مما يحد من قوة المحرك
• يمكن أن تتسبب جهات الاتصال الكهربائية أو الميكانيكية المتحركة في تآكلها
• يعد العثور على موقع تركيب مناسب داخل حجرة المحرك المحصورة مشكلة
• يجب أن تكون الريشة موجهة فيما يتعلق بالجاذبية.
• في بعض الشركات المصنعة، كان التحكم في مضخة الوقود أيضًا جزءًا من الأسلاك الداخلية لـ VAF.

يحدد مستشعر تدفق الهواء الكتلي السلكي الساخن كتلة الهواء المتدفق إلى نظام سحب الهواء في المحرك. نظرية تشغيل مستشعر تدفق الهواء الكتلي السلكي الساخن مماثلة لنظرية مقياس سرعة الرياح السلكي الساخن (الذي يحدد سرعة الهواء). يتم تحقيق ذلك عن طريق تسخين سلك معلق في تيار هواء المحرك، مثل سلك محمصة الخبز، عن طريق تطبيق جهد ثابت على السلك. تزداد المقاومة الكهربائية للسلك مع زيادة درجة حرارة السلك، مما يغير التيار الكهربائي المتدفق عبر الدائرة، وفقًا لقانون أوم . عندما يتدفق الهواء عبر السلك، يبرد السلك، مما يقلل من مقاومته، مما يسمح بدوره بتدفق المزيد من التيار عبر الدائرة، لأن جهد الإمداد ثابت. مع تدفق المزيد من التيار، تزداد درجة حرارة السلك حتى تصل المقاومة إلى التوازن مرة أخرى. يتناسب زيادة التيار أو نقصانه مع كتلة الهواء المتدفق عبر السلك. تحول الدائرة الإلكترونية المتكاملة القياس النسبي إلى جهد نسبي يتم إرساله إلى وحدة التحكم الإلكترونية. ^[2]

إذا زادت كثافة الهواء بسبب زيادة الضغط أو انخفاض درجة الحرارة، ولكن ظل حجم الهواء ثابتًا، فإن الهواء الأكثر كثافة سيزيل المزيد من الحرارة من السلك مما يشير إلى تدفق هواء كتلة أعلى. وعلى عكس عنصر استشعار مجداف مقياس الريشة، يستجيب السلك الساخن مباشرة لكثافة الهواء. إن قدرات هذا المستشعر مناسبة تمامًا لدعم عملية احتراق البنزين التي تستجيب بشكل أساسي لكتلة الهواء، وليس لحجم الهواء. (انظر القياسات الكيميائية ).

يستخدم هذا المستشعر أحيانًا برغيًا مخلوطًا، لكن هذا البرغي إلكتروني بالكامل ويستخدم مقاومة متغيرة (مقياس جهد) بدلاً من برغي تجاوز الهواء. يحتاج البرغي إلى المزيد من الدورات لتحقيق النتائج المرجوة. يتم استخدام دائرة تنظيف حرق السلك الساخن في بعض هذه المستشعرات. يطبق مرحل الحرق تيارًا عاليًا عبر السلك الساخن البلاتيني بعد إيقاف تشغيل السيارة لمدة ثانية أو نحو ذلك، وبالتالي حرق أو تبخير أي ملوثات عالقة بعنصر السلك الساخن البلاتيني.

يعمل مستشعر MAF ذو الفيلم الساخن بشكل مشابه إلى حد ما لمستشعر MAF السلكي الساخن، ولكن بدلاً من ذلك فإنه عادةً ما يُخرج إشارة تردد. يستخدم هذا المستشعر شبكة فيلم ساخنة بدلاً من السلك الساخن. ^[3] يوجد عادةً في المركبات التي تعمل بالوقود المحقون في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات. يتناسب تردد الإخراج بشكل مباشر مع كتلة الهواء التي تدخل المحرك. لذا مع زيادة تدفق الكتلة يزداد التردد أيضًا. تميل هذه المستشعرات إلى التسبب في مشاكل متقطعة بسبب الأعطال الكهربائية الداخلية. يوصى بشدة باستخدام منظار الذبذبات للتحقق من تردد إخراج هذه المستشعرات. تشوه التردد شائع أيضًا عندما يبدأ المستشعر في الفشل. يستخدم العديد من الفنيين في الميدان اختبار الصنبور بنتائج قاطعة للغاية. لا تخرج جميع أنظمة HFM ترددًا. في بعض الحالات، يعمل هذا المستشعر عن طريق إخراج إشارة جهد متغيرة منتظمة.

يستخدم الجسر الصغير نفس المبادئ ولكن يتم ترتيبه على شريحة السيليكون. ^[4]

تستخدم سلسلة محركات GM LS (وكذلك محركات أخرى) نظام MAF السلكي البارد (من إنتاج AC Delco) والذي يعمل بشكل مشابه لنظام MAF السلكي الساخن؛ ومع ذلك، فإنه يستخدم مقاوم "بارد" إضافي لقياس الهواء المحيط وتوفير مرجع لعنصر المقاوم "الساخن" المستخدم لقياس تدفق الهواء. ^[5]

تُستخدم الشبكة الموجودة على مقياس تدفق الهواء لتنعيم تدفق الهواء لضمان حصول المستشعرات على أفضل فرصة للحصول على قراءة ثابتة. ولا تُستخدم لقياس تدفق الهواء في حد ذاته. وفي المواقف التي يستخدم فيها الملاك مرشحات هواء شاشية مدهونة بالزيت، من الممكن أن يغطي الزيت الزائد مستشعر تدفق الهواء ويشوه قراءاته. والواقع أن شركة جنرال موتورز أصدرت نشرة خدمة فنية تشير إلى مشاكل تتراوح من الخمول الخشن إلى التلف المحتمل في ناقل الحركة الناتج عن المستشعرات الملوثة. لتنظيف مكونات مستشعر تدفق الهواء الدقيقة، يجب استخدام منظف محدد لمستشعر تدفق الهواء أو منظف إلكترونيات ، وليس منظفات المكربن ​​أو الفرامل، والتي قد تكون شديدة العدوانية كيميائيًا. وبدلاً من ذلك، يعتمد الطور السائل لمنظفات مستشعر تدفق الهواء ومنظفات الإلكترونيات عادةً على الهكسانات أو الهيبتانات مع محتوى قليل أو خالٍ من الكحول واستخدام ثاني أكسيد الكربون أو HFC-152a كمواد دافعة بالهباء الجوي . ويجب رش المستشعرات برفق من مسافة حذرة لتجنب إتلافها جسديًا ثم تركها لتجف تمامًا قبل إعادة التثبيت. يزعم المصنعون أن الاختبار البسيط ولكن الموثوق به للغاية لضمان الأداء الصحيح هو النقر على الوحدة بالجزء الخلفي من مفك البراغي أثناء تشغيل السيارة، وإذا تسبب هذا في أي تغييرات في تردد الإخراج، فيجب التخلص من الوحدة وتثبيت وحدة بديلة من الشركة المصنعة الأصلية.

يعمل مستشعر الدوامة كارمان عن طريق تعطيل تيار الهواء بقوس عمودي. وبشرط أن يكون التدفق الوارد رقائقيًا ، فإن الاستيقاظ يتكون من نمط تذبذبي من دوامات كارمان. يتناسب تردد النمط الناتج مع سرعة الهواء.

يمكن قراءة هذه الدوامات إما مباشرة كنبضة ضغط ضد المستشعر، أو يمكن جعلها تصطدم بمرآة والتي ستقطع أو تنقل شعاع ضوء منعكس لتوليد النبضات استجابة للدوامات. لا يمكن استخدام النوع الأول إلا في الهواء المسحوب (قبل الشاحن التوربيني أو الفائق )، بينما يمكن استخدام النوع الثاني نظريًا في الهواء المسحوب (قبل أو بعد تطبيق الحث القسري مثل الشاحن التوربيني الفائق أو الفائق المذكور سابقًا ). بدلاً من إخراج جهد ثابت معدل بواسطة عامل مقاومة، يخرج هذا النوع من MAF ترددًا يجب تفسيره بعد ذلك بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية. يمكن العثور على هذا النوع من MAF في جميع DSMs (ميتسوبيشي إكليبس، إيجل تالون، بليموث ليزر)، والعديد من ميتسوبيشي، وبعض تويوتا ولكزس، وبعض سيارات بي إم دبليو، وغيرها. ^[6]

تستخدم إحدى التقنيات الناشئة غشاءً إلكترونيًا رقيقًا للغاية يوضع في مجرى الهواء. يحتوي الغشاء على مستشعر درجة حرارة بغشاء رقيق مطبوع على الجانب العلوي وآخر على الجانب السفلي. يتم دمج سخان في وسط الغشاء يحافظ على درجة حرارة ثابتة مماثلة لنهج السلك الساخن. بدون أي تدفق هواء، يكون ملف تعريف درجة الحرارة عبر الغشاء موحدًا. عندما يتدفق الهواء عبر الغشاء، يبرد الجانب العلوي بشكل مختلف عن الجانب السفلي. يشير الفرق بين درجة الحرارة العلوية والسفلية إلى تدفق الهواء الشامل. مستشعر الغشاء الحراري قادر أيضًا على قياس التدفق في كلا الاتجاهين، والذي يحدث أحيانًا في المواقف النابضة. يسمح التقدم التكنولوجي بتصنيع هذا النوع من المستشعرات على نطاق مجهري كأجهزة استشعار دقيقة باستخدام تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة . يصل مثل هذا المستشعر الدقيق إلى سرعة وحساسية أعلى بكثير مقارنة بالطرق العيانية . انظر أيضًا أجيال مستشعرات MEMS .

تقيس عناصر التدفق الرقائقي التدفق الحجمي للغازات بشكل مباشر. وهي تعمل على مبدأ مفاده أنه في حالة التدفق الرقائقي، فإن فرق الضغط عبر الأنبوب يتناسب خطيًا مع معدل التدفق. وتوجد ظروف التدفق الرقائقي في الغاز عندما يكون رقم رينولدز للغاز أقل من الرقم الحرج. ويجب تعويض لزوجة السائل في النتيجة. وعادة ما يتم إنشاء عناصر التدفق الرقائقي من عدد كبير من الأنابيب المتوازية لتحقيق معدل التدفق المطلوب.

• قائمة قطع غيار السيارات
• قائمة أجهزة الاستشعار
• الضغط المطلق للمجمع (MAP)