آپدیت 1402/12/07

هرچه اطلاعات از ورودی‌های موتور بیشتر و دقیق‌تر باشد، روند کنترل بهتر و میزان آلاینده‌های زیست‌محیطی کمتر خواهد بود در موتورهای احتراق داخلی تعیین مقدار هوای ورودی برای کنترل احتراق بسیار مهم است.
سنسور MAF مقدار هوای ورودی را اندازه‌گیری می‌کنند. در این مقاله نگاهی بر انواع سنسور MAF خواهیم داشت و در مقاله‌های بعدی علائم خرابی و روش‌های عیب‌یابی انواع این سنسور در خودرو مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

دوره آموزشی برق خودروهای داخلی با مدرک رسمی از دانشگاه صنعتی شریف

چرا باید هوای ورودی به موتور اندازه‌گیری شود؟

هر نوع سوخت، برای ترکیب‌شدن با اکسیژن به یک نسبت خاص نیاز دارد که در صورت رعایت آن نسبت، احتراق مربوطه کامل خواهد بود. به این نسبت خاص، نسبت استوکیومتری ایدئال می‌گویند.
برای موتورهای بنزینی این عدد 1 به 14.7 است. برای اطلاعات کامل‌تر می‌توانید به مقاله سیستم سوخت رسانی بنزینی مراجعه کنید.
هرچه اطلاعات در مورد مقدار هوای ورودی دقیق‌تر باشد میزان دقیق‌تری از سوخت به موتور ارسال خواهد شد که این کار سبب کاهش آلاینده‌های گازهای حاصل از احتراق خواهد شد.

انواع سنسور تعیین مقدار هوای ورودی به موتور

مقدار هوای ورودی به چندین روش اندازه‌گیری می‌شود. شکل 1 روش‌های مختلف اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی به موتور را معرفی می‌کند.

شکل 1- روش‌های اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی به موتور

همانطور که در شکل 1 ملاحظه می‌شود مقدار هوای ورودی به موتور با کمک یکی از سه روش، تعیین فشار هوای ورودی (Pressure) تعیین دبی(FLOW) و یا تعیین جرم (MASS) اندازه‌گیری می‌شود.
سیستم‌های مدیریت سوخت و جرقه معمولی و ساده عموماً از روش اندازه‌گیری فشار مانیفولد برای تعیین مقدار هوای عبوری استفاده می‌کنند.
با کمک سنسور MAP (Manifold Air Presssure sensor) و روابط بین فشار و جرم هوای ورودی میزان هوای ورودی به موتور را این روش نسبت به دو روش دیگر دقت و حساسیت کمتری دارند.
یکی دیگر از روش‌های اندازه‌گیری تعیین مقدار دبی هوای ورودی است که از روش اندازه‌گیری فشار دقیق‌تر و گران‌قیمت‌تر است.
از بین سنسورهای زیرمجموعه این روش، سنسور از نوع VAMF (Vane Air Flow Meter Sensor) در سیستم‌های انژکتوری امروزی بیشتر مشاهده می‌شود.
روش اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی به کمک تعیین جرم دقیق‌ترین روش از این دسته است. هر دو نوع سنسورهای معرفی شده در این دسته در خودروهای امروزی کاربرد بیشتری دارند.
سنسور هایی که میزان دبی یا جرم هوای ورودی را اندازه گیری میکنند تحت عنوان کلی MAF (Mass Air Flow) شناخته میشوند

اندازه‌گیری جرم با کمک اطلاعات سنسور MAP

همانطور که اشاره شد ساده‌ترین روش اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی، روش اندازه‌گیری فشار هوای ورودی است. زمانی که فشار کاهش بیابد، چگالی هوا نیز کم می‌شود این عبارت به آن مفهوم است که در حجم معین، مقدار جرم نیز کاهش می‌یابد. برای هوا (با فرض گاز ایدئال) می‌توان رابطه زیر را در نظر گرفت

PV=mRT
P = فشار V= حجم m= جرم R= ثابت جهانی گاز T= دما

بنابراین با دانستن فشار هوای ورودی و البته حجم موتور (و دمای هوای ورودی) می‌توان به مقدار جرم هوا دسترسی پیدا کرد. اگرچه این روش بسیار دقیق نیست (به‌عنوان‌مثال هوا دقیقاً یک گاز ایدئال نیست) اما برای سیستم‌های ساده محدوده خطای قابل قبولی دارد. شکل 2 نمونه‌ای از سنسور MAP را نشان می‌دهد.

شکل 2- نمونه سنسور MAP

یکی دیگر از فاکتورهای مؤثر در تعیین جرم با کمک فشار هوا، دمای هوای ورودی است؛ بنابراین برخی قطعات MAP علاوه بر اندازه فشار هوای ورودی، دمای هوای ورودی را نیز اندازه‌گیری کرده تا مقدار جرم بادقت بیشتری اندازه‌گیری شود. این نوع سنسورها به سنسور TMAP نیز مشهور هستند.
باتوجه‌به فراگیر بودن این سنسور در خودروهای کلاس متوسط در یک مقاله مجزا در مورد ساختار داخلی آن مطالبی ارائه خواهد شد.
اما روش عیب‌یابی موتور و سیستم سوخت و جرقه با کمک اطلاعات این سنسور را می‌توانید در مقاله تست خلاسنجی موتور بیابید.
انواع سنسور MAF
همانطور که اشاره شد سنسورهای MAF گاهی به روش اندازه گیری جرم و گاهی به روش اندازه گیری دبی ، میزان هوای ورودی را اندازه گیری میکنند. شکل 3 انواع روش دسته بندی این سنسور را نشان میدهد.

شکل 3- انواع سنسور MAF

سنسورهایMAF از نوع اندازه‌گیری دبی هوا عبوری AFS (Air Flow Sensor)

دقت این سنسورها نسبت به سنسور MAP یا TMAP بیشتر است. اما برخی از سنسورهای این گروه تجهیزات مکانیکی زیادی داشتند که این کار سرویس و نگهداری این سنسورها را دچار مشکل می‌کرد.
سنسور AFSP (Air flow Sensor with PLate) یا Updraft Airflow sensor از این دسته به شمار می‌رود. شکل 4 نمونه این سنسور را نشان می‌دهد.

شکل 4- سنسور AFSP یا UAF

این سنسورها سیستم‌های سوخت‌رسانی از نوع K-jestronic استفاده می‌شد. برای اطلاعات بیشتر در مورد سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری به مقاله سیر تکاملی سیستم سوخت رسانی انژکتوری مراجعه کنید.
نوع دیگری از سنسورها که دبی هوای ورودی موتور را اندازه‌گیری می‌کند از روش بررسی مقدار هوای ورودی با کمک پره (Vane) استفاده می‌کند.
به همین دلیل این سنسور به نام VAFS (Vane Air Flow Sensor) یا گاهی VFS (Vane Flow Sensor) یا AFSV (Air flow Sensor with Vane) نامیده می‌شود. شکل 5 انوع سنسور MAF را نشان می‌دهد.

شکل 5- سنسور MAF از نوع VAFS

این نوع سنسورها نیز اگرچه نسبت به سنسورهای نوع UAF جدیدتر به شمار می‌روند؛ اما هنوز در مدل‌های اولیه سیستم‌های انژکتوری مانند سیستم‌های L-jetronic کاربرد داشتند. همانطور که در شکل 4 مشاهده می‌شود در سنسور MAF از نوع VAFS یک مجموعه پره مانند که در مسیر جریان هوای ورودی قرار می‌گیرد حجم هوای عبوری باعث حرکت پره می‌شود.
پره به یک پتانسیومتر متصل است و زاویه دوران پره مقاومت پتانسیومتر را تغییر داده و در نتیجه یونیت مدیریت سوخت می‌تواند از میزان دبی هوای ورودی مطلع شود.

یکی دیگر از روش‌های اندازه‌گیری دبی هوای ورودی، استفاده از سنسورهای اندازه‌گیری از روش کارمن ورتکس (Karmen Vortex) است. شکل 6 نمونه سنسور MAF را نشان داده است.

شکل 6- سنسور MAF از نوع KVAFS مورداستفاده در خودرو میتسوبیشی

عملکرد این سنسور در مقاله‌ای مجزا بررسی می‌شود.

سنسور MAF از نوع اندازه‌گیری جرم هوای ورودی

خودروهای امروزی عموماً از سنسورهای اندازه‌گیری جرم هوای ورودی استفاده می‌کنند. همانطور که در شکل 1 بیان شد این سنسورها در دو نوع Hot wire MAF و Hot Film MAF روی خودروها استفاده می‌شوند. از نام این دو سنسور پیداست یکی از سیم و در دیگری یک صفحه نازک (Film) برای اندازه‌گیری جرم هوای ورودی استفاده می‌کنند.
نوع Hot Wire حسگر جریان هوا از یک سیم داغ استفاده کرده است. یک سیم در مسیر ورود هوا بین فیلتر هوا و دریچه گاز قرار می‌گیرد با اعمال ولتاژ ثابت برق به آن، سیم داغ می‌شود، مقاومت الکتریکی سیم با افزایش دمای سیم افزایش می‌یابد که طبق قانون اهم، جریان الکتریکی در مدار را تغییر می‌دهد.
هنگامی که هوا از کنار سیم عبور می‌کند، سیم خنک می‌شود و مقاومت آن کاهش می‌یابد، باتوجه‌به ثابت‌بودن ولتاژ اعمالی، جریان بیشتری از مدار عبور کند.
با جریان بیشتر، دمای سیم افزایش می‌یابد تا زمانی که مقاومت دوباره به تعادل برسد. افزایش یا کاهش جریان متناسب با جرم هوای عبوری از سیم است. مدار الکترونیکی یکپارچه اندازه‌گیری متناسب را به یک ولتاژ متناسب تبدیل می‌کند که به ECU ارسال می‌شود.

1- واحد سیم داغ 2- واحد فیلم داغ
شکل 7- دو سنسور MAF از نوع Hot wire و Hot Film

همانطور که در شکل 7 نشان‌داده‌شده است در سنسورMAF از نوع فیلم داغ، یک برد الکترونیکی نیز وجود دارد به همین دلیل این مدل به نوع دیجیتال نیز معروف است. سیگنال خروجی نوع Hot Film به‌صورت فرکانس یعنی نوسانی است.
دقت نوع فیلم داغ بیشتر نوع سیم داغ است؛ چون محدوده عملکرد نوع فیلم داغ کمتر است. شکل 6 نمونه‌ای از دو نوع سنسور MAF را نشان می‌دهد.
آنچه اشاره شد معرفی و دسته‌بندی انواع سنسورهای اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی در خودروها بود، به نحوه عملکرد دقیق و علائم خرابی و عیب‌یابی این سنسورها در مقاله‌های مجزا اشاره خواهد شد.

نویسنده :مهندس بهروز خطیبی