Merač prietokového množstva vzduchu – MAF a merač tlaku v sacom potrubí MAP

Nejeden motorista a to najmä v prípade legendárnych 1,9 TDi počul pomenovanie merač hmotnosti vzduchu alebo ľudovo nazývaný váha vzduchu. Dôvod bol jednoduchý. Súčiastka sa až príliš často kazila a spôsobovala okrem rozsvietenej kontrolky motora aj značný pokles výkonu, či tzv. dusenie motora. Súčiastka bola v počiatkoch TDi éry dosť drahá, postupom času našťastie výrazne zlacnela. K nižšej životnosti jej okrem citlivej konštrukcie „pomáhala“ aj zanedbávaná výmena vzduchového filtra. Postupom času sa odolnosť merača výrazne zlepšila, ale aj tak z času na čas vie zlyhať. Samozrejme, táto súčiastka sa nenachádza len v TDi-čkach, ale aj v ostatných dieselových a moderných benzínových motoroch.

Množstvo pretekajúceho vzduchu sa zisťuje tak, že teplotne závislý odpor (vyhrievaný drôtik alebo film) snímača je ochladzovaný pretekajúcim vzduchom. Mení sa elektrický odpor snímača a tejto zmene zodpovedá prúdový, resp. napäťový signál, ktorý vyhodnocuje riadiaca jednotka. Merač množstva vzduchu (anemometer) meria priamo hmotnostné množstvo vzduchu privádzaného do motora, tzn. že meranie je nezávislé na hustote vzduchu (na rozdiel od objemového merania), ktoré závisí na tlaku a teplote vzduchu (nadmorskej výške). Pretože zmiešavací pomer paliva so vzduchom je udávaný ako pomer hmotnosti, napr. 1 kg paliva na 14,7 kg vzduchu (Stechiometrický pomer), je meranie množstva vzduchu anemometrom najpresnejšou metódou merania.

Výhody merania množstva vzduchu

• Presné zistenie hmotnostného množstva vzduchu.
• Rýchle reakcie merača na zmeny prietoku.
• Žiadne chyby vzniknuté zmenou tlaku vzduchu.
• Žiadne chyby vzniknuté zmenou teploty nasávaného vzduchu.
• Jednoduchá montáž merača množstva vzduchu, ktorý neobsahuje žiadne pohyblivé diely.
• Veľmi malý prietokový odpor.

Meranie množstva vzduchu s vyhrievaným drôtikom (LH-Motronic)

Pri tomto type vstrekovania benzínu je v spoločnej časti sacieho potrubia zaradený anemometer, ktorého snímačom je napnutý vyhrievaný drôtik. Vyhrievaný drôtik je prechádzajúcim elektrickým prúdom udržiavaný na konštantnej teplote asi o 100 °C vyššia ako je teplota nasávaného vzduchu. Ak motor nasáva menej alebo viac vzduchu, mení sa teplota drôtika. Odoberanie tepla musí byť vyrovnávané meniacim sa vykurovacím prúdom. Jeho veľkosť je merítkom nasávaného množstva vzduchu. Meranie prebieha asi 1000 krát za sekundu. Pri porušení vyhrievaného drôtika sa prepne riadiaca jednotka na núdzovú prevádzku.

Pretože je drôtik v sacom potrubí, môžu sa na ňom vytvárať usadeniny, ktoré ovplyvňujú meranie. Po každom vypnutí motora sa preto drôtik po na základe signálu z riadiacej jednotky krátkodobo zahreje na asi 1000 °C a usadeniny na ňom zhoria.

Platinový vyhrievaný drôtik s priemerom 0,7 mm chránia pred mechanickými vplyvmi drôtené mriežky. Drôtik môže byť tiež umiestnený v obtokovom kanáli k vnútornému potrubiu. Znečistenie vyhrievaného drôtika sa zamedzuje tým, že je potiahnutý vrstvou skla a aj vysokou rýchlosťou vzduchu v obtokovom kanáli. Spaľovanie nečistôt už nie je v tomto prípade nutné.

Meranie množstva vzduchu s vyhrievaným filmom

V prídavnom meracom kanále telesa snímača je umiestnené odporové čidlo, tvorené vyhrievanou vodivou vrstvou (filmom). Vyhrievaná vrstva nie je náchylná na znečistenie. Nasávaný vzduch prúdi meračom množstva vzduchu a ovplyvňuje tak teplotu vodivej vyhrievanej vrstvy (filmu).

Snímač tvoria tri elektrické odpory, vytvorené ako vrstvy:

• vykurovací odpor R_H (odpor snímača),
• odporové čidlo R_S, (teplota snímača),
• teplotný odpor R_L (teplota nasávaného vzduchu).

Odporové tenké platinovej vrstvy sú nanesené na keramickom podklade a ako odpory zapojené do mostíka.

Elektronika reguluje premenlivým napätím teplotu vykurovacieho odporu R_H tak, aby bola o 160 °C vyššia ako teplota nasávaného vzduchu. Táto teplota sa meria odporom R_L závislým na teplote. Teplota vykurovacieho odporu sa meria odporovým čidlom R_S. Pri zvýšenom alebo zníženom prietoku vzduchu sa vykurovací odpor viac či menej ochladzuje. Elektronika reguluje cez odporové čidlo napätie vyhrievacieho odporu tak, aby sa opäť dosiahlo rozdielu teplôt 160 °C. Z tohto regulačného napätia vytvára elektronika snímača signál pre riadiacu jednotku, zodpovedajúce nasávanému hmotnostnému množstvo vzduchu (hmotnostný prietok).

Pri poruche merača množstva vzduchu elektronická riadiaca jednotka použije náhradnú hodnotu pre dobu otvorenia vstrekovacích ventilov (núdzová prevádzka). Náhradná hodnota sa určuje z polohy (uhla) škrtiacej klapky a signálu otáčok motora – tzv alfa-n regulácia.

Objemový merač hmotnosti vzduchu

Okrem hmotnostného snímača vzduchu môže byť použitý aj tzv. objemový, ktorého popis je možné vidieť na obrázku nižšie.

Ak motor obsahuje MAP senzor (manifold air pressure), potom sa riadiaci systém k údajom o množstve vzduchu dopočíta pomocou parametrov otáčok motora, teploty vzduchu a dát o objemovej účinnosti uložených v ECU. Princíp vyhodnocovania je v prípade MAP založený na veľkosti tlaku, či skôr podtlaku v sacom potrubí, ktorý kolíše podľa zaťaženia motora. Ak je motor v kľude, je tlak v sacom potrubí rovnaký ako v okolitom vzduchu. Zmena nastáva pri ak je motor v pohybe. Piesty motora smerujúce do dolnej úvrate nasávajú vzduch a palivo a tým vytvárajú v sacom potrubí podtlak. Najväčší podtlak je v prípade brzdenia motorom, kedy je uzavretá škrtiaca klapka. Menši podtlak je v prípade voľnobehu a naopak najmenší podtlak je v prípade akcelerácie, kedy motor nasáva veľké množstvo vzduchu. MAP je robustnejší, ale menej presný. MAF – váha vzduchu je presná, ale náchylnejšia k poškodeniu. Niektoré (najme výkonné) autá majú MAF aj MAP senzor. V takýchto prípadoch sa MAP používa na monitorovanie funkcie preplňovania, monitorovanie funkcie recirkulácie výfukových plynov a tiež ako záloha v prípade zlyhania MAF senzora.