Diagnoza przepływomierza

NGK/NTK
5.5.2022
Reklama
Reklama

Masowy czujnik przepływu powietrza (znany również jako czujnik MAF, miernik masy powietrza lub przepływomierz masowy) instaluje się między filtrem powietrza a przepustnicą. Mierzy on ilość powietrza dostarczanego do cylindrów silnika.

 

  • W przypadku silników benzynowych masa powietrza wlotowego jest najważniejszą wartością do obliczenia wymaganej masy wtryskiwanego paliwa. 
  • W przypadku silników wysokoprężnych w zakresie obciążenia częściowego jest używana do sterowania recyrkulacją spalin. 
  • W pełnym zakresie obciążenia pomiar masy powietrza służy do ograniczenia emisji sadzy w spalinach. 
  • Element pomiarowy czujnika wykrywa tylko część masy przepływającego przez niego powietrza.
  • Czujniki MAF składają się z rezystora grzewczego i 2 czujników temperatury.
  • Diagnostyka mierników masy powietrza możliwa jest z wykorzystaniem oscyloskopu.

W przypadku silników benzynowych masa powietrza wlotowego jest najważniejszą wartością do obliczenia wymaganej masy wtryskiwanego paliwa. W przypadku silników wysokoprężnych wartość zmierzona w zakresie obciążenia częściowego jest używana do sterowania recyrkulacją spalin, natomiast w pełnym zakresie obciążenia – do ograniczenia emisji sadzy w spalinach. Na podstawie odczytów z czujnika MAF (Mass Flow Sensor) jednostka sterująca silnika (engine control unit – ECU) oblicza maksymalną ilość wtrysku, którą można dokładnie spalić bez wytwarzania zbędnej sadzy w spalinach.

Jak działa czujnik MAF

Element pomiarowy czujnika wykrywa tylko część masy przepływającego przez niego powietrza. W przedstawionym przykładzie (ilustracja 1) znajduje się kanał, którego kształt ma na celu minimalizację zawirowań i przepływu zwrotnego powietrza oraz zapobieganie osadzaniu się cząstek na elemencie czujnikowym.

Wkład czujnika MAF
Ilustracja 1. Wkład czujnika MAF. Źródło: NGK NTK

Dzisiejsze czujniki MAF składają się z rezystora grzewczego i 2 czujników temperatury (ilustracja 2). Rezystor grzewczy jest utrzymywany przez elektronikę w stałej temperaturze około 160°C.

Element pomiarowy czujnika MAF
Ilustracja 2. Element pomiarowy czujnika MAF. Źródło: NGK NTK

Przepływające przez czujnik powietrze chłodzi czujnik T1 i jest ogrzewane przez rezystor grzewczy. Z tego powodu wyższa temperatura jest mierzona przez czujnik temperatury T2. Elektronika oblicza masę powietrza na podstawie różnicy temperatur i przekształca obliczoną wartość w sygnał elektryczny dla ECU. W starszych miernikach masy powietrza jest to analogowy sygnał napięciowy, który mieści się w zakresie 0,2–4,8 V. Napięcie sygnału wzrasta wraz z masą powietrza.

W przypadku nowszych czujników MAF do jednostki sterującej wysyłany jest cyfrowy prostokątny sygnał, którego częstotliwość zależy od zmiany masy powietrza. Częstotliwość mieści się w zakresie 1–17 kHz. W niektórych przypadkach zwiększająca się masa powietrza powoduje obniżenie częstotliwości. W innych typach, gdy masa powietrza się zwiększa, częstotliwość wzrasta. Zależnie od wersji można rejestrować dodatkowe wartości zmierzone dla temperatury powietrza wlotowego, wilgotności powietrza i ciśnienia w czujniku MAF.

Możliwe błędy i ich skutki

Reklama

Awaria elektryczna czujników MAF

Wśród możliwych przyczyn wyróżnić można brak zasilania, przerwy w przewodach, wadliwe złącza lub awarię elektroniki czujnika. Jednostka sterująca silnika (ECU) wykrywa błąd i zapisuje go w pamięci błędów. Typowe komunikaty o błędach to: „Sygnał czujnika MAF nieprawdopodobny, zbyt niski lub zbyt wysoki”. Jednostka ECU próbuje ustalić charakterystyki pracy awaryjnej z wartościami zastępczymi. Użyte do tego wartości są wyświetlane na liście danych urządzenia diagnostycznego. Klient w takim przypadku uskarża się na szarpanie samochodu, nierówną pracę silnika i brak mocy podczas przyspieszania.

Przed wymianą czujnika MAF powinno się sprawdzić napięcie zasilania (12 V i/lub 5 V) i kable do jednostki sterującej w celu wyeliminowania przerwy w obwodzie lub zwarcia do masy. Schemat obwodu jest pomocny przy pomiarach elektrycznych na czujniku MAF. Czujniki MAF mają od 3 do 6 pinów połączeniowych. Styk sygnałowy jest często na ostatnim pinie (ilustracja 3).

Przykład przypisania pinów czujnika MAF
Ilustracja 3. Przykład przypisania pinów czujnika MAF: pin 1– sygnał czujnika temperatury – powietrze dolotowe, pin 2 – masa, pin 4 – zasilanie, +12 V, pin 5 – sygnał masy powietrza. Źródło: NGK NTK

Pomiar napięcia sygnału służy głównie do sprawdzenia podstawowych funkcji czujnika MAF. W przypadku czujników MAF z analogowymi sygnałami napięciowymi należy podłączyć woltomierz lub oscyloskop do styku napięcia sygnału i masy sygnału. Po włączeniu zapłonu – w zależności od wersji – wartość napięcia powinna wynosić 0,2–1,0 V. Jeśli napięcie wynosi 0 V lub 5 V, miernik masy powietrza jest uszkodzony i należy go wymienić. Na biegu jałowym napięcie sygnału wynosi 1,5–2,0 V. Na oscylogramie widać pulsujące napięcie. Jest to spowodowane pulsacją powietrza w kolektorze dolotowym (ilustracja 4).

Na oscylogramie widać pulsowanie napięcia, które wynika z oscylacji kolumny powietrza w kolektorze dolotowym
Ilustracja 4. Na oscylogramie widać pulsowanie napięcia, które wynika z oscylacji kolumny powietrza w kolektorze dolotowym. Źródło: NGK NTK

Po gwałtownym otwarciu przepustnicy napięcie powinno przekraczać 3,5 V. Osiągnięcie najwyższej wartości napięcia sygnału w zakresie 4,2–4,7 V możliwe jest tylko podczas przyspieszania, pod pełnym obciążeniem, do nominalnej prędkości podczas jazdy próbnej. Wyżej wymienione wartości napięcia są wartościami standardowymi. Dokładne wartości specyficzne dla danego typu znajdują się w dokumentacji dostarczonej przez producenta pojazdu.

W przypadku czujników MAF wytwarzających sygnał prostokątny potrzebny jest oscyloskop lub urządzenie do pomiaru częstotliwości. W celu weryfikacji sygnału należy podłączyć sondy pomiarowe do pinu sygnału i masy sygnału. Po włączeniu zapłonu na oscyloskopie pojawia się sygnał prostokątny, którego częstotliwość waha się od 1 kHz do 15 kHz (ilustracje 5 i 6).

 Sygnał czujnika MAF niskiej częstotliwości przy prędkości biegu jałowego wynosi 2,6 kHz
Ilustracja 5. Sygnał czujnika MAF niskiej częstotliwości przy prędkości biegu jałowego wynosi 2,6 kHz (i wzrasta wraz ze wzrostem prędkości silnika). Gdy zapłon jest włączony, częstotliwość wynosi 1,9 kHz. Źródło: NGK NTK
 Sygnał czujnika wysokiej częstotliwości MAF z włączonym zapłonem wynosi 10,4 kHz
Ilustracja 6. Sygnał czujnika wysokiej częstotliwości MAF z włączonym zapłonem wynosi 10,4 kHz (i spada do 2,0 kHz przy rosnącej prędkości obrotowej silnika). Źródło: NGK NTK

W przypadku czujników MAF o niskich częstotliwościach (1–2 kHz) przy otwarciu przepustnicy wartości częstotliwości muszą wzrosnąć (ilustracja 5). W przypadku czujników MAF o wysokich częstotliwościach (przy prędkości biegu jałowego na poziomie 5–15 kHz) częstotliwość musi się zmniejszać wraz ze wzrostem prędkości obrotowej (ilustracja 6). W przypadku nowszych mierników masy sygnał prostokątny także może nam określić temperaturę powietrza dolotowego. Sygnał ten będzie do odczytania w zakresie niskich częstotliwości (ilustracja 7).

charakterystyka sygnału prostokątnego przepływomierza
Ilustracja 7. W przypadku opisywanym na ilustracji 5. temperatura powietrza wlotowego jest także opisywana przez sygnał o charakterystyce prostokątnej. Jego częstotliwość to tylko 15 Hz, a temperatura zmienia charakterystykę pracy silnika. Źródło: NGK NTK

Powiązane firmy

Reklama

Nieprawidłowe wartości pomiarowe czujnika MAF

Gdy wyświetlane są nieprawidłowe wartości, są one zazwyczaj poniżej rzeczywistej masy powietrza. Często element czujnikowy jest zanieczyszczony oparami oleju z odpowietrzenia skrzyni korbowej lub cząstkami z powodu złej filtracji powietrza. W przypadku silników benzynowych jednostka sterująca zmniejsza ilość wtrysku ze względu na odczytaną nieprawidłową, niską masę powietrza. Silnik zaczyna pracować na zbyt niskich obrotach, zaczyna szarpać w zakresie częściowego obciążenia i nie osiąga pełnej mocy. W przypadku silników wysokoprężnych klient skarży się na brak mocy, ponieważ ECU zmniejsza ilość wtrysku z powodu odczytanej błędnie niskiej masy powietrza. Wyszukiwanie błędów jest w tym przypadku trudniejsze, ponieważ ECU nie przechowuje historii błędów, tylko ostatni błąd z występujących w danym podzespole. W przypadku silników benzynowych często wskazywany jest błąd „zbyt uboga mieszanka, osiągnięta granica lambda”.

Aby wskazać błąd, należy przeprowadzić jazdę próbną i zanotować zmierzone wartości prędkości obrotowej silnika, masy powietrza i ciśnienia w kolektorze dolotowym w przypadku silników turbo. Należy przyspieszyć pod pełnym obciążeniem, na wysokim biegu, aby osiągnąć maksymalną prędkość silnika. Wartość masy powietrza w gramach na sekundę dla silników wysokoprężnych powinna odpowiadać mocy silnika wskazywanej w koniach mechanicznych (ilustracja 8), dla silników benzynowych – mocy podanej w kilowatach (ilustracje 9 i 10).

Protokół silnika wysokoprężnego z czujnikiem MAF bez błędu
Ilustracja 8. Protokół silnika wysokoprężnego z czujnikiem MAF bez błędu. Masa powietrza wynosi 88 g/s przy prędkości obrotowej mocy maksymalnej. Silnik ma moc 90 KM. Źródło: NGK NTK
Protokół silnika benzynowego z uszkodzonym czujnikiem MAF
Ilustracja 9. Protokół silnika benzynowego z uszkodzonym czujnikiem MAF. Masa powietrza wynosi tylko 44 g/s. Silnik ma moc 125 kW. Źródło: NGK NTK
pomiar napięcia przepływomierza
Ilustracja 10. Po próbie „oczyszczenia” miernika masy powietrza, mimo zwiększonej wartości masy powietrza z 44 g/s do 91 g/s, wartość zadana 125 g/s nie została osiągnięta. Potwierdza to niskie napięcie sygnału 3,7 V. Czyszczenie jest nieskuteczne. Źródło: NGK NTK

Przedstawione wskazówki są jedynie podstawowe, bardziej szczegółowe wartości można znaleźć w dokumentacji producenta pojazdu.

Jeśli tester nie ma dostępu do diagnostyki fabrycznej, wartości te można rejestrować także za pomocą protokołu EOBD (European on-board diagnostic) – funkcji diagnostycznej, w którą wyposażona jest większość pojazdów produkowanych po 2000 r. Uwaga: niska wartość masy powietrza nie wskazuje wyraźnie wadliwego przepływomierza masowego. Dopiero wtedy, gdy wszystkie inne systemy po stronie powietrza (tj. filtr powietrza, recyrkulacja spalin, zawór wirowy, filtr cząstek stałych i turbosprężarka) są w dobrym stanie, można być pewnym, że czujnik MAF jest przyczyną usterki. Zanieczyszczony nagarem kolektor dolotowy może również ograniczać masę powietrza o zakresie niskich wartości. Aby sprawdzić odczyty, należy odłączyć złącze czujnika MAF i wykonać krótką jazdę próbną. Jeśli silnik ma wtedy zauważalnie wyższą wydajność, prawdopodobną przyczyną jest uszkodzony miernik masy powietrza.

Czyszczenie brudnego elementu czujnika rzadko kończy się powodzeniem. Nawet jeśli po czyszczeniu zostanie zauważona poprawa, wartości pomiarowe oferowane przez nowy czujnik MAF nie zostaną osiągnięte (ilustracja 9 i 10). Tylko wymiana uszkodzonego czujnika MAF na nowy przyniesie całkowity sukces. Uwaga: w wielu pojazdach osiągi silnika mogą nie zostać natychmiast przywrócone. Wymiana czujnika MAF niekiedy wymaga zresetowania wartości przyuczonych (korekt). Jest to możliwe przy użyciu testera diagnostycznego.

Na podstawie informacji firmy NGK NTK

Artykuł ukazał się w czasopiśmie
Reklama

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama