سنسور جریان هوای جرم (MAF)، سنسوری است که از آن، برای تعیین نرخ جریان جرمِ هوایی که به موتورهای احتراق داخلی انژکتوری وارد می‌شود، استفاده می‌شود.

اطلاعات مربوط به جرم هوا برای واحد کنترل موتور (ECU) اطلاعاتی ضروری به حساب می‌آید تا بتواند جرم سوخت درست و مناسب را متعادل ساخته و به موتور تزریق کند. چگالی هوا نیز بر اساس دما و فشار آن تغییر می‌کند. در خودروها، چگالی هوا بسته به دمای محیط، ارتفاع و استفاده از القای اجباری تغییر می‌کند که این امر به معنای آن است سنسورهای ایرمس (ماف) در تعیین مقدار هوای ورودی به هر سیلندر، مناسب‌تر از سنسورهای جریان حجمی هستند.

انواع مدل های سنسور هوای جرمی

دو مدل سنسور جریان هوای جرمی (ایرمس/ماف) وجود دارد که از آن‌ها در موتورهای خودرو استفاده می‌شود. این دو نوع همان سنجه‌های تیغه‌ای و نوع سیم داغ هستند. در هیچ‌یک از این مدل‌ها جریان هوا به صورت مستقیم اندازه‌گیری نمی‌شود. اما اگر از سنسورها و ورودی‌های دیگری هم استفاده شود، ECU موتور می‌تواند نرخ جریان جرمی برای هوای مکش را تعیین کند.

از هر دو مدل به وفور در موتورهای تزریق سوخت برقی (EFI) استفاده شده است. خروجی ولتاژ در هر دو مدل بین 0.0 تا 5.0 ولت است یا یک سیگنال مدولاسیون با پهنای پالس (PWM) تولید می‌شود که متناسب با نرخ جریان جرمی هوا ورودی مبنیفولد است. در هر دو مدل نیز از سنسور دمای هوای مکش (IAT) استفاده می‌شود. این سنسورها در بیشتر خودروهای تشخیص عیب آن‌بورد (OBDII) در درون یک محفظه قرار گرفته‌اند. در خودروهای مدل سال 1996 و بعد از آن، ممکن است از سنسورهای MAF بدون سنسورهای IAT استفاده شده باشد. یکی از این مثال‌ها همان خودروی Infiniti Q45 مدل سال 1994 است.

در صورتی که از یک سنسور MAF در کنار یک سنسور اکسیژن استفاده شده باشد، نسبت هوا به سوخت موتور را می‌توان به شکل دقیق‌تری کنترل نمود. سنسور MAF یک کنترلر حلقه باز ایجاد می‌کند که می‌تواند اطلاعات جریان هوا (مقدار اندازه‌گیری‌شده برای جریان هوا) را برای ECU فراهم نماید. سنسور اکسیژن نیز یک بازخورد حلقه‌بسته ایجاد می‌کند تا بتوان اصلاحات اندکی را در جرم هوای پیش‌بینی‌شده ایجاد نمود. در خودروهای حدود سال 2012، در برخی از سنسورهای MAF، یک سنسور رطوبت نیز وجود دارد.

بیشتر بخوانید:ECU (کامپیوتر خودرو)

سنجه تیغه‌ای متحرک

سنسور VAF (جریان جرم حجمی)، جریان هوای ورودی به موتور را با استفاده از یک پره (دریچه/درب) که به یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر) متصل است، اندازه‌گیری می‌کند. این دریچه متناسب با جریان هوا حرکت می‌کند. یک مقدار ولتاژ به پتانسیومتر وارد می‌شود و یک مقدار ولتاژ هم در ترمینال خروجی پتانسیومتر نشان داده می‌شود که متناسب با زاویه دوران دریچه است یا این‌که این دریچه می‌تواند مقدار سوخت تزریق‌شده را به صورت مستقیم تنظیم کند. در سیستم K-Jetronic نیز از همین روش استفاده می‌شود.

در بسیاری از سنسورهای VAF، یک پیچ تنظیم برای تنظیم هوا و سوخت وجود دارد. این پیچ اندکی باز و بسته می‌شود تا مقداری هوا از کنار سنسور VAF عبور کند. این پیچ با عبور مقداری مشخص از هوا از روی دریچه هوا، مخلوط هوا و سوخت را کنترل می‌کند و بدین ترتیب از غنی‌شدن یا خالص‌شدن مخلوط جلوگیری به عمل می‌آید. با چرخاندن پیچ در جهت عقربه‌های ساعت، مخلوط غنی‌تر و با پیچاندن آن در خلاف جهت عقربه‌های ساعت، مخلوط خالص‌تر می‌شود.

دریچه به واسطه نیروی کشش ناشی از جریان مقابل آن به حرکت در می‌آید؛ این دریچه حجم یا جرم را به صورت مستقیم اندازه‌گیری نمی‌کند. این نیروی کشش به چگالی هوا (چگالی هوا نیز به نوبه خود به دمای هوا بستگی دارد)، سرعت هوا و شکل دریچه بستگی دارد. در برخی از سنسورهای VAF، یک سنسور دمای هوای مکش (سنسور IAT) وجود دارد که به ECU موتور کمک می‌کند تا بتواند چگالی موتور و در نتیجه، میزان سوخت ورودی را محاسبه نماید.

سنجه‌های تیغه‌ای چند عیب دارند:

• این سنجه‌ها جریان هوا را محدود می‌کنند که خود، خروجی موتور را محدود می‌سازد.
• بخش‌های متحرک تماسی برقی یا مکانیکی آن‌ها خورده می‌شوند.
• پیداکردن یک جای مناسب در فضای اتاق موتور دشوار است.
• تیغه باید نسبت به جهت گرانش جهت گیرد.
• در برخی از مدل‌ها، سیستم کنترل پمپ سوخت نیز به عنوان بخشی از سیم‌کشی داخلی VAF به حساب می‌آید.

جریان‌سنج از نوع دریچه‌ای برای هوای مکش

سنسور سیم داغ (ماف/MAF)

سنسور جریان هوای جرمی سیم داغ، جرم هوای ورودی به داخل موتور را مشخص می‌کند. تئوری عملکرد سنسور جریان هوای جرمی، مشابه با همان عملکرد بادسنج سیم داغ است (که سرعت را تعیین می‌کند). در این سنسور، سیمی که در جریان هوای موتور به صورت معلق قرار دارد، به مانند یک سیسم توستر داغ می‌شود. برای این کار یک ولتاژ ثابت را به سیم اعمال می‌کنند. با افزایش دمای سیم، مقاومت الکتریکی سیم نیز افزایش می‌یابد و این موضوع باعث می‌شود تا جریان الکتریکی در مدار، بر اساس قانون اهم تغییر کند. وقتی که هوا از روی سیم عبور می‌کند، سیم سرد می‌شود و مقاومت آن کاهش می‌یابد و باعث می‌شود تا جریان بیشتری از مدار عبور کند، زیرا ولتاژ ورودی ثابت است. هر چه جریان بیشتری عبور می‌کند، دمای سیم افزایش پیدا می‌کند، تا زمانی که دوباره تعادل در مقاومت ایجاد شود. افزایش یا کاهش در جریان نیز متناسب با جرم هوایی است که از سیم عبور می‌کند. مدار مجتمع الکتریکی، مقدار اندازه‌گیری‌شده تناسبی را به ولتاژ تناسبی تبدیل کرده و به ECU می‌فرستد.

در صورتی که به واسطه افزایش فشار یا کاهش دما، چگالی هوا بیشتر شود، اما حجم هوا همچنان ثابت باشد، هوای چگال‌تر شده حرارت بیشتری را از سیم می‌زداید و این موضوع نشان می‌دهد که جریان هوای جرمی بیشتر شده است. بر خلاف عنصر حسگر پارویی در سنجه تیغه‌ای، سیم داغ به صورت مستقیم به چگالی هوا واکنش نشان می‌دهد. این قابلیت‌های موجود در سنسور، آن را به ابزاری مناسب برای فرآیند احتراق بنزینی تبدیل می‌نمایند که اساساً به جرم هوا و نه به حجم هوا حساس است.

در برخی از این سنسورها از یک پیچ مخلوط استفاده می‌شود، اما این پیچ به صورت کاملاً برقی است و در آن از یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر)، به جای پیچِ دورزدن هوا استفاده می‌شود. برای آن‌که نتایج مطلوب فراهم شود، باید پیچ بیشتر بچرخد. در بعضی از این سنسورها از یک مدار تمیزکاری برای پسمانده‌های ناشی از سوختن سیم استفاده می‌شود. پس از آن‌که خودرو برای چند ثانیه خنک می‌شود، رله‌ی زدودن پسمانده‌های سوزش، یک جریان بالا را از طریق یک سیم داغ پلاتینیومی اعمال می‌نماید تا تمامی آلودگی‌هایی که به عنصر سیم داغ پلاتینیومی چسبیده است، سوخته یا بخار شوند.

سنسور MAF با فیلم ضخیم تقریباً مشابه با سنسور MAF سیم داغ عمل می‌کند، اما به جای این کار، خروجی آن به صورت یک سیگنال فرکانسی است. در این سنسور، از یک شبکه فیلم داغ به جای سیم داغ استفاده می‌شود. این مدل سنسورها را بیشتر می‌توان در خودروهای انژکتوری مدل اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990 یافت. بنابراین، هر چه جریان جرم بیشتر می‌شود، فرکانس نیز افزایش می‌یابد. به واسطه خرابی در اجزای الکترونیکی، این سنسورها معمولاً خراب می‌شوند. به شدت توصیه می‌کنیم که از یک اسیلوسکوپ برای بررسی فرکانس خروجی در این سنسورها استفاده کنید. زمانی که سنسور شروع به خراب‌شدن می‌کند، اعوجاج در فرکانس بسیار مرسوم است. بسیاری از تکنسین‌های میدانی از تست ضربه استفاده می‌کنند و نتایج بسیار خوبی هم گرفته‌اند. خروجی تمام سیستم‌های HFM همیشه به صورت فرکانس نیست. در برخی از موارد، سیگنال خروجی از این سنسورها به صورت یک ولتاژ متغیر است.

یک سنسور MAF با شبکه فیلم ضخیم. سنسور دمای هوای مکش در بیرون مشهود است، شبکه فیلم نیز در داخل است.

برخی از مزایای سنسورهای ماف (ایرمس) دارای سیم داغ در مقایسه با سنجه‌های تیغه‌ای قدیمی‌تر به شرح زیر است:

• به تغییرات در جریان هوا بسیار سریع واکنش نشان می‌دهند.
• محدودسازی جریان اندک است.
• اندازه کلی بسته آن‌ها کوچک‌تر است.
• حساسیت کمتری نسبت به محل نصب و جهت دارند.
• قطعات متحرک آن‌ها باعث افزایش دوام آن‌ها نمی‌شوند.
• ارزان‌تر هستند.
• برای اندازه‌گیری جرم هوا نیازی نیست تا از سنسورهای دما و فشار جداگانه‌ای استفاده شود. با این حال باز هم در برخی از موارد، ضروری است تا در سنسور دمای هوای ورودی، یک مجموعه MAF وجود داشته باشد.

این سیستم‌ها عیوبی هم دارند:

• گرد و خاک و روغن می‌تواند سیم داغ را تخریب کند و این امر، به نوبه خود منجر به کاهش در دقت آن می‌شود.
• به منظور نصب، لازم است تا یک جریان لایه‌ای روی سیم داغ وجود داشته باشد.
• در این سنسور، یک سیم پلاتینی نازک وجود دارد که اگر به درستی با آن رفتار نشود، پاره می‌شود.

سنسور سیم سرد

در موتورهای GM سری LS (و سایر مدل‌های آن)، از یک سیستم MAF سیم سرد استفاده می‌شود (که توسط شرکت AC Delco تولید می‌شود). کارکرد این سنسورها نیز مشابه با همان عملکرد سیستم MAF سیم داغ است؛ اما در این سنسورها از یک مقاومت «سرد» اضافی نیز برای اندازه‌گیری هوای محیط استفاده می‌شود و یک مرجع برای عنصر مقاومت «داغ» فراهم می‌شود که از آن برای اندازه‌گیری جریان هوا استفاده می‌شود.

از شبکه روی MAF به منظور هموارسازی جریان هوای خروجی استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که خروجی سنسور ثابت‌تر خواهد بود. از این سنسورها به خودی خود به منظور اندازه‌گیری جریان هوا استفاده نمی‌شود. در برخی از مواردی که مصرف‌کنندگان از فیلترهای هوا-گاز استفاده می‌شود، ممکن است روغن روی سنسور MAF جمع شده و عدد قرائت‌شده بر روی آن درست نباشد. در واقع شرکت جنرال موتورز یک بولتن خدمات فنی ارائه نموده است که در آن، مشکلات مختلفی از خلاصی نسبی در همه‌جا تا آسیب‌های احتمالی به سیستم انتقال قدرت نشان داده شده است. برای تمیزکردن اجزای آلوده‌شده در سنسور MAF صرفاً باید از شوینده‌های مخصوص این سنسور یا شوینده قطعات الکترونیکی استفاده شود. برای این کار، نباید از شوینده‌های کاربراتور یا ترمز استفاده شود زیرا که در آن‌ها مواد شیمیایی تند و مضری وجود دارند. در واقع، پایه فاز مایع در شوینده‌های سنسور MAF و شوینده‌های الکترونیکی معمولاً به صورت هگزان یا هپتان است که مقدار اندکی الکل هم در آن وجود دارد یا این‌که هیچ الکلی در آن نیست. همچنین، از دی‌اکسید کربن یا HFC-152a نیز به عنوان پیشرانه‌های آئروسلی استفاده می‌شود. اسپری بر روی سنسورها باید از فاصله‌ای مناسب انجام شود تا آسیب فیزیکی به آن‌ها نرساند و سپس، پیش از نصب آن‌ها باید صبر کرد تا خشک شوند. تولیدکنندگان این سنسورها می‌گویند که یکی از روش‌های تست ساده، اما بسیار قابل‌اطمینان برا حصول اطمینان از کارکرد درست این سنسورها این است که وقتی خودرو در حال حرکت است، با پشت آچار بر پشت آن ضربه زده شود. اگر با این کار فرکانس خروجی تغییر کند، بدان معنا است که سنسور خراب شده است و باید با یک تجهیز اصلی (OEM) تعویض شود.

سنسور MAF در یک خودروی Holden Commodore

سنسور گردابی کارمن

در سنسور گردابی کارمن، جریان هوا با یک کمان عمود قطع می‌شود. با این فرض که جریان ورودی به صورت لایه‌ای باشد، عملکرد بر اساس الگوی نوسانی در گرداب‌های کارمن خواهد بود. فرکانس الگوی حاصل نیز متناسب با سرعت هوا است.

این گرداب‌ها را می‌توان هم به صورت مستقیم به صورت پالس فشار در برابر یک سنسور خواند و هم می‌تواند آن را با یک آینه تلاقی داد تا اشعه نور بازتاب قطع شده یا منتقل شود و پالس‌هایی به واسطه گرداب‌ها تولید شود. از نوع اول صرفاً می‌توان در هوای کششی (پیش از توربوشارژ یا سوپرشارژ) استفاده نمود، اما از مدل دوم می‌توان برای هوای فشاری یا کششی (پیش یا پس از القای اجباری، همانند آن چیزی که پیش از این برای توربوشارژ یا سوپرشارژ گفته شد) استفاده نمود. خروجی در این نوع از سنسورها، به جای آن‌که به صورت یک ولتاژ ثابت باشد که آن را با یک ضریب مقاومت اصلاح می‌کنند، به صورت یک فرکانس است که ECU باید آن را تفسیر کند. این نوع سنسورهای MAF را می‌توان در تمامی DSMها (Mitsubishi Eclipse, Eagle Talon, Plymouth Laser)، بسیاری از خودروهای شرکت میتسوبیشی، برخی از تویوتا و لکسوس‌ها و در بعضی از خودروهای BMW و بسیار از خودروهای دیگر یافت.

خیابان گردابی ون کارمن

سنسور غشایی

در برخی از فناوری‌های جدید، از یک غشای نازک الکترونیکی به جای جریان هوا استفاده شده است. در این غشا یک سنسور دمایی با فیلم نازک تعبیه شده است که به سمت بالا چاپ شده است و یکی هم به سمت پایین است. یک هیتر (گرم‌کن) نیز در وسط غشا وجود دارد که دمای ثابتی را مشابه با همان روش سیم داغ برقرار می‌کند. در صورتی که هیچ هوایی جریان نداشته باشد، پروفایل روی غشا به صورت یکنواخت است. زمانی که هوا از روی این فیلم عبور می‌کند، سمت بالایی و سمت پایینی به شکلی متفاوت از یکدیگر سرد می‌شوند. تفاوت در دمای رو به بالایی و دمای رو به پایینی، جریان هوای جرمی را نشان می‌دهد. سنسور غشایی حرارتی، همچنین می‌تواند جریان را در هر دو جهت اندازه‌گیری کند که گاهی منجر به شرایط پالس‌دهی هم می‌شود. با پیشرفت‌هایی که در فناوری‌ها رخ داده است، امروزه می‌توان این سنسورها را در مقیاس میکروسکوپی به صورت میکروسنسورها تولید کرد که برای این کار، از فناوری سیستم‌های میکروالکترومکانیکی استفاده می‌شود. در این گونه میکروسنسورها می‌توان به سرعت‌های بسیار بالاتر و حساسیت‌های بیشتری در مقایسه با روش‌های ماکروسکوپی دست یافت.

عناصر جریان لایه‌ای

عناصر جریان لایه‌ای می‌توانند جریان حجمی در گازها را به صورت مستقیم اندازه‌گیری کنند. اصل کاری در این عناصر به این صورت است که اختلاف فشار در یک لوله به صورت خطی با نرخ جریان تغییر می‌کند. در صورتی که عدد رینولدز گاز کمتر از عدد لایه‌ای باشد، شرایط جریان لایه‌ای در گاز به وجود می‌آید. در نتیجه به دست آمده، ویسکوزیته سیال باید تصحیح شود. عناصر جریان لایه‌ای معمولاً از تعداد زیادی لوله موازی ساخته می‌شوند تا نرخ جریان مورد نیاز حاصل شود.

شما میتوانید برای خرید لوازم یدکی کیا و یا لوازم یدکی هیوندای به صفحه تماس با ما مراجعه کنید.