Расходомеры воздуха AFM, MAF - устройство, принципы работы

Pasha@VR6

2b || !2b
Сообщения
2 028
Реакции
733
Адрес
г. Минск, РБ
Авто
Шаран продан! Да зравствует Шаран!
Хочу сказать БОЛЬШОЕ СПАСИБО Дмитрию Орлову ака EagleB3 и AudiS6 за помощь в написании этой статьи.

Расходомеры воздуха (Часть1)
  • Механический расходомер воздуха (Трубка Вентури).







    Принцип работы механического расходомера основан на том, что поступающий воздушный поток отклоняет напорную измерительную заслонку расходомера воздуха, преодолевая усилие возвратной пружины, на определенный угол, который преобразуется в электрическое НАПРЯЖЕНИЕ посредством потенциометра. Объем проходящего через впускной тракт воздуха полностью определяется положением дроссельной заслонки (нагрузкой на двигатель). ОБЪЕМ (именно в данном случае) воздуха, всасываемого двигателем, проходящего через впускную систему в м3/час, измеряется расходомером (хотя, расходомер при этом фактически меряет сечение канала; зная время можно посчитать «идеальный» объем, зная температуру и атмосферное давление можно посчитать реальный (или близкий к реальному) объем. Давление обычно считают постоянным. Естественно всеми расчетами занимается ЭБУ двигателя).




    Во многих Бошевских системах впрыска ("Bosch -L", и ей подобных, например, «Дигифант») учитывается, что плотность холодного воздуха выше плотности теплого. Чем теплее засасываемый в цилиндры воздух, тем хуже их наполнение при постоянном положении дроссельной заслонки. Температура поступающего воздуха изменяется не только в связи и изменением "наружной" его температуры, но и в связи с изменением "внутренней". Нормальная температура в подкапотном пространстве примерно 50 Град. Цельсия. Поэтому, для более точного дозирования топлива, в расходомер введен датчик температуры входящего воздуха, роль которого - корректировка показаний ДМРВ в зависимости от плотности/температуры входящего воздуха.

    Как все енто работает:






    Воздушный поток воздействует на измерительную заслонку прямоугольной формы. Заслонка закреплена на оси в специальном канале, поворот заслонки преобразуется угольным потенциометром (резистивная дорожка), характеристика которого корректируется угольными же резисторами, подключаемыми параллельно к отдельным участкам дорожки. Изменяющееся напряжение с потенциометра подаётся на блок управления двигателем (ЭБУ) который сравнивает это поступившее напряжение с опорным напряжением питания потенциометра. Соотношение этих 2 параметров и служит мерой объёма воздуха, всасываемого двигателем.




    Воздействие воздушного потока на измерительную заслонку уравновешивается возвратной пружиной. Для гашения колебаний, вызванных пульсациями воздушного потока и динамическими воздействиями, характерными для автомобиля, особенно на плохих дорогах, в расходомере имеется демпфер (в виде пластины). Пластина демпфера выполнена как одно целое с измерительной заслонкой. Резкие перемещения измерительной заслонки становятся невозможными из-за воздействия на измерительную пластину усилия воздуха, сжимаемого в демпферной камере (так называемый демпфирующий объём, который заключён между самой демпфирующей заслонкой, называемой как «обратный клапан», и полостью коруса, называемого - «демпферной камерой»), помимо всего прочего, демпфер гасит волну обратного потока воздуха из впускнонго коллектора двигателя.

    На входе в расходомер встроен датчик температуры входящего воздуха. В верхней части расходомера расположен обводной (байпасный) канал с винтом качества (состава) смеси. Этим винтом регулируется состав смеси на холостом ходу.

    Некоторые мысли по поводу расходомеров такого типа.

    У VW в большинстве своем применяются датчики, изготовленные фирмой Bosch. Поэтому каждый из датчиков может обозначаться двумя номерами, каждый из которых его характеризует однозначно. Это каталожный номер VAG и каталожный номер Bosch. Кроме того, ДМРВ изготавливала фирма ATP. Поэтому возможен и третий каталожный номер, тоже уникальный. Вместо длинного слова "каталожный" нормальные люди применяют сокращение "p/n" (Part Number).

    Через слеш указаны номера VAG / Bosch / ATP: (список находится в разработке!)


    037 906 301 B / 0 280 202 130 / XMB2130 - устанавливались на заводе на VW Passat двиг. 2Е;
    037 906 301 C / 0 280 202 131 - поставляются в торговую сеть для VW Passat двиг. 2Е;
    037 906 301 / 0 280 202 106 / XMB2106 - устанавливались на заводе на VW Passat двиг. 1,8 / 2 литра;
    / 0 280 202 107 - поставляются в торговую сеть для VW Passat двиг. 1,8 / 2 литра.


    Расходомер несет в себе 2 основные функции:

    - измерение температуры воздуха (термоэлемент не регулируется, не настраивается, не ремонтируется);

    - измерение объема поглощённого воздуха (косвенное, через пересчет угла отклонения напорного диска, закрепленного на пружине с известной жесткостью в канале известного сечения). В нашем случае "классический" диск имеет вид "лопаты".

    Дополнительные функции: у двигателей Digifant 1,8л (PF, RV) в расходомере сделан байпасный (т.е. обводной) канал регулируемого сечения. Этим самым сечением регулируется содержание CO. Суть регулировки содержания со на холостом ходу методом изменения сечения байпасного канала ДМРВ, заключается в искусственном смещении начального участка характеристики ДМРВ, происходящем при изменении соотношения израсходованного воздуха в основном и байпасных каналах расходомера. У двигателей Digifant 2л () СО регулируется программно, с установкой начального значения потенциометром, закрепленным на корпусе воздушного фильтра. Поэтому расходомеры Digifant на двигателях 1,8л (PF, RV) и 2л () имеют разную конструкцию. Насчет разницы в характеристиках "воздух/напряжение" (или "угол/напряжение") не скажу. Зато скажу, что характеристика "угол/напряжение" была разная в разные годы выпуска. В поздних выпусках - характеристика линейная; в ранних - нелинейная. Поэтому всякие-разные таблицы в ФАК-е и прочих источниках надобно читать вдумчиво...

    Дальше пошли. Чего можно в расходомере крутить и зачем/когда его надо открывать.

    Про "сколько оборотов на винте СО" - забудьте, как страшный сон. Это Вам не "ВАЗ" где "крутим количество, потом качество, потом опять, а потом пол-оборота взад"... Есть измеритель СО - крутите по мануалу; нет измерителя - не трогайте вообще.

    Переставлять пружинку - насколько мне известно, ее переставляют ТОЛЬКО если нужно ввести высотную коррекцию (на высоте воздух менее плотный, в том же объеме масса воздуха меньше, поэтому пружинку делают пожестче = та же масса поглощённого воздуха достигается на больших объемах поглощённого воздуха). На сколько именно переставляется пружинка - зависит от высоты места, смотрите в мануал. Все остальные перестановки пружинки - от лукавого.

    Теперь про компенсацию пропила на дорожке.

    Реальных методов ровно 2, и все давно описаны:

    - изогнуть (немного!) токосъемник. Точка контакта сместится к оси "лопаты";

    - подвинуть плату с дорожками (точку контакта можно сместить в любую сторону) хотя все это, конечно "колхоз".

    - если на дорожке имеется «пропил», меняется общее сопротивление самого потенциометра. Это обстаятельство приведёт к искажениям в приготовлении состава требуемой рабочей смеси. Необходимо применение дополнительного резистора, недаром, на некоторых платках потенциометра, есть напылённый и перемкнутый с завода-изготовителя резистор, который призван компенсировать общее сопротивление «покорёженного» пропилом потенциометра.

    Есть ммм... люди с недостатком образования, которые натирают пропилы грифелем мягкого карандаша. Есть-есть; я такой расходомер даже в руках держал. Это, видимо, делают радиолюбители совковой закалки; таким методом убирали треск в регуляторах громкости телевизоров и магнитофонов. Кроме как в качестве смазки пятна контакта такой метод не годится, а от смазки этакой будет больше вреда, чем пользы.

    Проверку работы токосъемника (наличие "пропилов") не описал разве что убогий, смотрите ФАК.

    Характеристика "угол/напряжение" для расходомера двигателя 2Е (ДМРВ с p/n 037906301B и 037906301C):

    - полный угол отклонения "лопаты" = 105 градусов;
    - опорное напряжение 5V;
    - до угла =3 градуса - горизонтальный участок с напряжением 0,23V;
    - за углом =102 градуса - горизонтальный участок с напряжением 4,53V;
    - в интервале 3..102 градуса характеристика линейная.

    Про немыслимую точность измерений - смотрите ниже.


    Зачем нужна "мертвая зона" (в том числе горизонтальные участки по краям)? "Элементарно, Ватсон!" - ECU должен как-то контролировать нахождение сигнала в рабочей зоне (или, иными словами, он должен распознавать обрыв и/или замыкание на "массу" и/или замыкание на "+5/+12"). Если у вас на краю будет сразу "0" - как вы отличите закрытую "лопату" от закоротки?

    На некоторых ДМРВ типа LMM находятся контакты, коммутирующие реле питания бензонасоса. После пуска ДВС напряжение к реле бензонасоса подаётся через контакты ДМРВ, включаемые посредством отклонения напорной заслонки воздухомера. Контакты располагаются также, в «мёртвой зоне».




    Как лечить "зубчики" сдвинутые до вас? По-хорошему - никак.

    А "по-уркагански":

    - имеющимся в ФАКах (или где-то еще) таблицами "обороты/напряжение";
    - цеплять тандемом 2 расходомера ("сдвинутый" и заведомо исправный) и продувая их пылесосом/компрессором добиваться наилучшей синхронности показаний;
    - осознаем поведение "лопаты" (в свете нарисованной выше характеристики), осознаем поведение ECU (плоскость состава смеси есть в Digifant I/II ProTraining manual) и поездками на разных режимах приводим своего калеку в поскость состава смеси, делая "лопату" жестче/мягче. Это так в теории красиво звучит; а можно ли это сделать в реальной жизни - не знаю. По крайней мере перед этим шаманскими танцами настройте свой движок (СО, ХХ) временно поставив заведомо исправный расходомер.


    Совет (маньякам от идеальной точности): особо не парьтесь. У ECU двигателей 2 E, PF и RV(по отдельным сведениям) 4-х битный АЦП, т.е. характеристику ДМРВ он воспринимает по 16-ти точкам, т.е. с интервалами = 105/(16-1) = 7 градусов. По другим сведениям – разрядность АЦП выше, но таблица значений расхода строится по 16-ти значениям от ДМРВ, т.е. в результате – те же интервалы в 7 градусов.

    Что еще...

    Ну, может быть вот такая болячка - на корпусе ДМРВ (причем внутри канала) могут возникать "возбухания" от окислов, за которые может задевать "лопата". Повозите-покачайте пальцем. Если цепляет - каку можно счистить шкуркой (только без фанатизма; а то расточите канал и воздух будет обтекать лопату через сделанную вами щель). При неисправности системы вентиляции картера, или же, при «забитом» воздушном фильтре, на подвижные части ДМРВ может оседать маслянистый налёт, ухудшающий подвижность указанных частей, что может вызвать плохую приёмистость авто или плавающий хх.


    Куды бечь, когда ДМРВ помер?

    - в магазин (очевидно, но безумно дорого);
    - на разборки;
    - есть места, в которых обещают в корпус умершего расходомера вставить высокотехнологичную начинку примерно за $150. Пока отзывов об эффективности и надежности этих потрошков слишком мало, чтобы можно было это рекомендовать; но не упомянуть о такой возможности – нельзя.

    Пример компенсации "пропила" на дорожке путем смещения платы с дорожками


© Все права принадлежат VWTS

З.Ы. Конструктивная критика и дополнения принимаются в этой теме. B)
З.Ы.Ы. Продолжение следует...
 

Pasha@VR6

2b || !2b
Сообщения
2 028
Реакции
733
Адрес
г. Минск, РБ
Авто
Шаран продан! Да зравствует Шаран!
Расходомеры воздуха (Часть2)
  • Прогресс не стоит на месте... И автомобилестроение плавно перешло от механических расходомеров AFM выдающих расчетное значение массы потока воздуха, поступающего в двигатель, измеряемое в граммах за секунду (g/sec) к MAF сенсорам которые выдают численное значение напряжения датчика потока воздуха в вольтах. И далее совершенствовало именно эту конструкцию...




    </li>
  • Термоанемометрический расходомер воздуха (Hot Wire MAF Sensor).




    В некоторых впрысках Bosch, например "Motronic M2.5, М2,7" применяется термоанемометрический измеритель расхода воздуха (греч. анемос — ветер). Принцип его действия — тепловая энергия, необходимая в единицу времени для поддержания постоянного перепада температур между нагреваемым элементом и обтекающим его воздухом, пропорциональна массовому расходу воздуха проходящего через заданное сечение потока. Измерительный теплообменный элемент представляет собой платиновую проволоку диаметром 0,07 мм (допустимое отклонение в несколько мкм), размещенную в середине цилиндрического воздушного канала. На входе и выходе канала устанавливаются специальные направляющие для получения параллельных струй воздуха. Перед входом установлена защитная решетка. Постоянный перепад температур примерно равен 150-180°С, ток изменяется от 500 до 1500мА Величина тока нагрева требуемого для сохранения постоянного температурного перепада между воздухом и проводником, является мерой массы воздуха, поступающего в двигатель. Этот ток преобразуется в импульсы напряжения, которые обрабатываются блоком электронного управления как основной входной параметр наравне с частотой вращения коленчатого вала двигателя. Диапазон измерения расхода воздуха составляет от 9 до 360 кг/ч. Так как, плотность горячего и холодного воздуха различна, как правило в конструкцию расходомера вводят дополнительный датчик температуры впускного воздуха, по показаниям которого ЭБУ двигателя корректирует расчеты объема входящего воздуха.

    Электрическую схему расходомера можно представить в виде простого резистивного моста, в одном плече которого терморезистор, а во втором платиновая проволока.





    Воздух даже после фильтра оказывается слишком "грязным" (органические частицы) для термоанемометрического измерителя. Поэтому конструктивно предусмотрено самоочищение платиновой проволоки расходомера воздуха. Оно осуществляется после каждой остановки двигателя автоматическим нагревом этой проволоки до 1000—1100°С в течении нескольких секунд. Самоочищение проходит, при условии, если температура ОЖ в районе 60°С и обороты двигателя превышали 2000 об/мин. т.е. двигатель работал под нагрузкой. Хотя, на разных типах впрысков этот алгоритм может меняться.




    Применение таких расходомеров позволяет непосредственно устанавливать взаимосвязь между массами воздуха и топлива поступающими в двигатель (с корректировкой по режимам). Однако, цена термоанемометрического расходомера не идет ни в какое сравнение с ценой рассмотренного выше механического расходомера-трубки Вентури. В целом надежность расходомеров такого типа весьма высока (примерно 150 000км пробега), но из-за режимов самоочищения платиновая проволока подвергается естественной эррозии (который "забирает" примерно 10 000 км ) и МАФ начнет давать неправильные показания (достаточно 5% отклонения от нормальных параметров выдаваемого сигнала), которые приведут к неправильной работе двигателя в целом.
© Все права принадлежат VWTS

З.Ы. Конструктивная критика и дополнения принимаются в этой теме. B)
З.Ы.Ы. Продолжение следует...
 
  • Спасибо!
Реакции: 10 человек

Pasha@VR6

2b || !2b
Сообщения
2 028
Реакции
733
Адрес
г. Минск, РБ
Авто
Шаран продан&#33; Да зравствует Шаран&#33;
Расходомеры воздуха (Часть3)

Итак, следующие в нашем списке термоанемометрические расходомеры воздуха, так называемые Hot film air flow sensor (meter)- HFM. В автомобилях VW Audi в основном применяются расходомеры Bosch и Pierburg.







Остановиися поподробнее на расходомерах фирмы Bosch, как наиболее распространенных. На данный момент у Bosch существует как-бы два поколения датчиков HFM2 и HFM5. Отличаются они конструкцией так называемого plug-in sensor - "сменного картриджа" (в HFM5 добавлен ДТВВ), конструкцией собственно сенсорного элемента и максимальным кол-вом изменяемой массы воздуха.







Развитие технологий и применение новых материалов позволило несколько усовершенствовать конструкцию расходомеров. Принцип действия пленочного измерителя аналогичен принципу действия теплового (HotWire) измерителя. Однако в целях упрощения конструкции большая часть электромостовой схемы измерителя размещается на керамической подложке, в форме тонкопленочных резисторов. Кроме того, отпадает необходимость сжигания загрязняющих пленок. Эта проблема решается размещением измерителя(сенсорного элемента) за потоком воздуха, что уменьшает отложение загрязнений на пленке измерителя.





Датчик устанавливается между воздушным фильтром и воздуховодом впускного коллектора. (Внешний вид датчика - см. фото.) Сигнал ДМРВ представляет собой постоянное напряжение, величина которого зависит от количества и направления движения воздуха, проходящего через датчик. При прямом потоке воздуха напряжение выходного сигнала датчика изменяется в диапазоне 1...5 В. При обратном потоке воздуха напряжение изменяется в диапазоне 0...1 В.

Конструкция датчика типа HFM5 показана на рисунке.




Функционирование датчика происходит следующим образом.




В потоке поступающего воздуха находится электрически нагреваемое тело (чувствительный элемент), которое охлаждается воздушным потоком. Схема регулирования нагревательного тока поддерживает постоянную разность температуры, и ток нагрева пропорционален массе воздушного потока. При данном методе измерения производится учет плотности воздуха, так как она также определяет величину теплоотдачи от тела к воздуху. Нагревательным элементом является пленочный платиновый резистор, который находится вместе с другими элементами на керамической пластине. Измерительный резистор (сопротивление которого пропорционально расходу воздуха) находится в непосредственном тепловом контакте как с нагревателем, так и с поступающим воздушным потоком и включен в измерительный мост. Благодаря разделению измерителя и нагревателя обеспечивается большая точность измерения. Напряжение на нагреваемом измерительном резисторе является мерой для массы воздушного потока. Далее это напряжение преобразуется (усиливается) электронной схемой, чтобы контроллер мог измерить его величину, т.е. происходит согласование уровней.
  • Конструкция и основные параметры расходомеров марки Bosch тип HFM2
    • <li>Основные размеры и типы разъемов


    • Электрическая схема и параметры сигналов
      R1 - нагрузочный резистор,
      R2,R3 - вспомогательные резисторы,
      R5,С4 - RC контур,
      - Нагреваемый резистор,
      Rs - Платновый тонкопленочный сенсорный резистор,
      Rt - Резистор измерителя температуры воздуха,

      Uk - Напряжение питания внутренней схемы,
      Ua - Выходное напряжение,
      Uv - Напряжение питания бортовой сети.


    • Конструкция сменного элемента (Plug-in sensor)


    • Распиновка разъема:
      1 - Масса (Ground)
      2 - Электронная масса(Uа-)
      3 - Напряжение питания бортовой сети (Uv)
      4 - Выходное напряжение/сигнал (Uа+)
    </li>
  • Конструкция и основные параметры расходомеров марки Bosch тип HFM5
    • <li>Основные размеры
    • Электрическая схема


    • Параметры сигналов и графики зависимостей терморезистора ДТВВ



    • Конструкция сменного элемента (Plug-in sensor)


    • Распиновка разъема:
      1 - Резистор измерителя температуры воздуха
      2 - Напряжение питания бортовой сети (+12В)
      3 - Электронная масса
      4 - Опорное напряжение (5B)
      5 - Выходное напряжение (сигнал ~1 - 5B)
    </li>
  • Графики правильной работы расходомеров обоих производителей






  • Из за чего выходят из строя и как можно проверить расходомер типа HFM?
    • <li>Наиболее характерная причина ухудшения работы новых моторов в данных (и не только) автомобилях - проблемы с датчиком массового расхода воздуха. Методика проверки расходомера очень простая - при включеном зажигании и заглушеном моторе напряжение на сигнальном проводе расходомера должно быть в пределах 0.98-1.02 Вольта. Как правило при значениях больше 1.03 Вольта начинаются проблемы с запуском и работой холодного двигателя, при больших значениях уже горячий мотор значительно снижает свои мощностные показатели. Попутно могут появляться ошибки по пропускам зажигания, пределам адаптации итд... А лечится очень просто - заменой расходомера.
    • Немного информации от производителя расходомеров Bosch. Это официальный ответ от Bosch на запрос о дефектах расходомеров: "Мы знаем об имеющихся проблемах с термоанемометрическими расходомерами воздуха типа HFM 5. Причина слабого выходного напряжения датчика - жировой слой на измерительной поверхности нагревательной плёнки, накапливающийся за несколько лет эксплуатации. В большинстве случаев возможное отклонение выявляется на снятом LMM.
      Для проверки калибровки (заводской базовой настройки) действуйте следующим образом:
      - температура :20 градусов;
      - LMM в горизонтальном положении ;
      - закройте LMM подходящими крышками ;
      - подайте ровно 5 вольт на контакт 4( U опорное ) ;
      - подайте ровно 12 вольт на контакт 2 ( U акк. );
      - соедините контакт 3 с массой;
      - измерте напряжение на контакте 5, заданное значение:
      0,97... 1,03 вольт."
    </li>
  • Распиновка Расходомера фирмы Pierburg:
    Pin Description Wire color Connected to
    1 5V reference input voltage Red/green pin 50 of the ECU
    2 Signal ground Brown/blue pin 25 of the ECU
    3 12V supply input Yellow/black relay 109
    4 Not connected - -
    5 Power ground Brown ground
    6 Output voltage Purple/brown pin 52 of the ECU
© Все права принадлежат VWTS

З.Ы. Конструктивная критика и дополнения принимаются в этой теме. B)
З.Ы.Ы. Продолжение следует...
 
Сверху Снизу