MAF (Mass Air Flow)

Działanie czujnika masowego przepływu powietrza

Czujnik masowego przepływu powietrza (MAF) jest częścią systemu zarządzania silnikiem. Jest on niekiedy znany jako miernik lub czujnik „przepływu powietrza”, „masy powietrza”. 

Określa ilość powietrza wpływającego do układu wlotowego dieslowskich i benzynowych silników spalinowych wewnętrznego spalania.

Na podstawie informacji o masie powietrza jednostka sterująca silnika (ECU) jest w stanie zrównoważyć i dostarczyć odpowiednią ilość paliwa do silnika.  

W silnikach diesla czujnik MAF służy głównie do sterowania recyrkulacją gazów spalinowych (EGR).

Rozwój czujnika masowego przepływu powietrza

W przeszłości używano mierników mechanicznych do pomiaru objętości powietrza wlotowego. W tych miernikach VAF (objętościowy przepływ powietrza) powietrze przepływa przez obciążoną sprężynowo łopatkę (klapę) przymocowaną do rezystora nastawnego (potencjometru). W zależności od oporu elektrycznego jednostka sterująca silnika (ECU) określa ilość powietrza wlotowego.

Obecnie większość czujników MAF występuje w dwóch odmianach: technologia z gorącym drutem i technologia z gorącą warstwą tzw. filmem

W przeciwieństwie do miernika VAF, te czujniki MAF nie mają ruchomych części i używają prądu elektrycznego do pomiaru masy powietrza.

Installation position of MAF sensor

The Mass AirFlow sensor is located between air filter and intake manifold.

Budowa 1

W czujnikach MAF występują różne odmiany przepływu powietrza.

W tej wersji tylko część powietrza przepływa przez element mierzący w kanale pomiarowym.

Budowa 2

Przepływ powietrza przez czujnik

Ekran (kratka) z przodu czujnika MAF zaprojektowany jest w celu wyrównania turbulentnego powietrza w taki sposób, aby czujnik precyzyjniej odczytywał przepływ powietrza.

Góra: bez sitka

Dół: z sitkiem

Budowa 3

Widok 360° czujnika masowego przepływu powietrza

Zobacz animację

Zasada pracy czujnika masowego przepływu powietrza

Przesunąć suwak, aby zwiększyć prędkość obrotową silnika

Zasada pracy czujnika masowego przepływu powietrza z gorącym drutem

Czujnik MAF z gorącym drutem posiada element mierzący, który jest ogrzewany elektrycznie do 75° - 100°C powyżej temperatury powietrza wlotowego. 

Gdy przepływ powietrza przechodzi przez element mierzący tzw. drut, chłodzi go a układ  zwiększa prąd potrzebny do utrzymania elementu w odpowiedniej temperaturze

Efekt chłodzenia zmienia się bezpośrednio w zależności od temperatury, gęstości i wilgotności wpływającego powietrza.

Ilość prądu potrzebna do utrzymania elementu w stanie gorącym jest proporcjonalna do masy powietrza wchodzącego do silnika.

Zasada pracy czujnika masowego przepływu powietrza z gorącą warstwą (wariant I)

Zasada działania czujnika MAF z gorącą warstwą jest podobna do technologii z gorącym drutem.

Cienkowarstwowy element grzejny ogrzewany jest do określonej temperatury w odniesieniu do powietrza wlotowego.

Przy zerowym przepływie występuje rozpraszanie ciepła z powodu przewodności cieplnej powietrza.

Przy zastosowanym przepływie rozpraszanie ciepła wzrasta równomiernie wraz z natężeniem przepływu powietrza.

Na podstawie wymaganego prądu grzejnego elektronika jest w stanie obliczyć masę powietrza.

Ten system posiada następujące zalety w porównaniu z czujnikiem MAF z gorącym drutem:

• Zwiększona skuteczność pomiarowa ze względu na mniejszy element czujnikowy
• Mniej czuły na cząsteczki w powietrzu wlotowym

Zasada pracy czujnika masowego przepływu powietrza z gorącą warstwą (wariant II)

Wariant czujnika MAF z gorącą warstwą posiada 2 elementy mierzące z nagrzewanym elementem ceramicznym leżącym pomiędzy nimi.

Cienkowarstwowy element nagrzewający jest utrzymywany w stałej temperaturze powyżej powietrza wlotowego, niezależnie od przepływu powietrza.

Gdy silnik nie pracuje (bez przepływu powietrza), ciepło rozkłada się równomiernie na obydwa czujniki. Obydwa czujniki mierzą tę samą temperaturę powietrza.

Gdy silnik pracuje, powietrze wlotowe przepływa z T1 w kierunku T2 ponad elementem czujnikowym. Powietrze chłodzi czujnik T1.

Powietrze ogrzewa się nad elementem nagrzewającym w taki sposób, aby czujnik T2 ochładzał się mniej niż T1.

Na podstawie różnicy temperatur między czujnikiem T1 i T2 elektronika jest w stanie obliczyć masę powietrza.

Zobacz animację

Zasada pracy czujnika masowego przepływu powietrza z warstwą gorącą z wykrywaniem przepływu wstecznego

W celu zminimalizowania błędów pomiaru spowodowanych pulsującym powietrzem w kolektorze wlotowym niektóre czujniki MAF posiadają wykrywanie przepływu wstecznego.

Zasada pracy czujnika masowego przepływu powietrza z warstwą gorącą z wykrywaniem przepływu wstecznego

W celu zminimalizowania błędów pomiaru spowodowanych pulsującym powietrzem w kolektorze wlotowym niektóre czujniki MAF posiadają wykrywanie przepływu wstecznego.

Gdy powietrze przepływa wstecz od strony silnika, czujnik temperatury T2 jest chłodzony i czujnik temperatury T1 jest nagrzewany. Ten przepływ wsteczny powoduje przeciwną różnicę temperatur w czujnikach (T2 i T1), co jest brane pod uwagę przy dokładnym obliczaniu masy powietrza przez elektronikę.

Zobacz animację

Air Mass flow sensor I

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

W trakcie jazdy:

• Bieg 3 lub 4, pełne otwarcie przepustnicy (maksymalne ciśnienie doładowania)
• Spojrzenie na listę parametrów w narzędziu skanującym
• Porównanie obliczonej i zmierzonej wartości, powinny się zgadzać

Air Mass flow sensor II

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

Silnik wyłączony:

• Zapłon włączony
• Usunięcie przewodów powietrza z czujnika MAF
• Pozostawienie złącza elektrycznego podłączonego wtyczką do czujnika
• Wdmuchnięcie powietrza do czujnika MAF np. za pomocą pistoletu sprężonego powietrza (ostrożnie, nie za blisko!)
• Napięcie wyjściowe powinno wzrosnąć, a następnie pozostaje na  poziomie między 4,2 - 4,8 wolta.

Air Mass flow sensor III

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

Gdy silnik (benzynowy) wcale się nie uruchamia:

• Odłączenie złącza elektrycznego od czujnika MAF → Jednostka ECU przełącza się w tryb pracy awaryjnej
• Gdy miernik masy powietrza jest uszkodzony/zanieczyszczony: silnik uruchamia się/działa lepiej → Należy pamiętać, że czyszczenie brudnego elementu czujnikowego rzadko się udaje i aby przywrócić pełną sprawność silnika, należy zainstalować nową jednostkę

Air Mass flow sensor IV

Gdy jednostka ECU sygnalizuje problem z czujnikiem MAF, należy wziąć pod uwagę kilka czynników.

Air Mass flow sensor V

Jak jednostka ECU określa prawidłowe działanie czujnika MAF:

Jednostka ECU porównuje „teoretycznie” (= obliczoną) pożądaną ilość powietrza z ilością zmierzoną. 

Gdy wykryte zostanie niedopasowanie, zostaje zapisany kod błędu (znany również jako kod błędu/diagnostyczny kod usterki/DTC). Nie musi to być koniecznie spowodowane błędem czujnika MAF!

Air Mass flow sensor VI

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

Informacje z czujników MAF i sondy  lambda są używane przez jednostkę ECU do sprawdzania i regulacji poziomu podawania paliwa. Dlatego zanieczyszczone, wadliwe lub w gorszym stanie/powolne czujniki lambda mogą także wyzwalać kody usterek MAF.

Air Mass flow sensor VII

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

Częstym zjawiskiem występującym po wymianie wadliwego czujnika MAF jest nieprawidłowe działanie biegu jałowego pojazdu, płaskie miejsce przy przyspieszaniu lub ponownie pojawiający się kod usterki, co prowadzi do ponownego błędnego przypisania czujnika.

Często się zdarza, że silnik jest nieco twardy i nie pracuje na biegu jałowym prawidłowo początkowo po wymianie.

Często potrzebny jest test drogowy dla innych siłowników i czujników na silniku w celu ponownej kalibracji i regulacji.

W niektórych przypadkach wartości adaptacyjne lub inne parametry mogą wymagać zresetowania przy użyciu odpowiedniego sprzętu diagnostycznego.

Podczas pracy z czujnikami MAF pomocne w usunięciu usterki mogą być wszystkie wymienione czynniki.

Należy zauważyć, że wszelka diagnostyka opisana w tym artykule obejmuje podstawowe kontrole, które mogą nie mieć zastosowania do wszystkich zasad pracy dotyczących czujnika MAF.

Air Mass flow sensor VIII

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

Czasami przyczyny problemu są inne niż uszkodzony czujnik MAF, które mają takie same lub podobne objawy, a czasami powodują ten sam kod usterki.

Najczęstsze problemy z podobnymi objawami to:

• Wadliwe/nieszczelne przewody próżniowe lub wlotowe
• Wadliwe/uszkodzone połączenia kablowe i wtykowe miernika masy powietrza
• Zatkane i/lub zabrudzone filtry powietrza lub kolektor wlotowy
• Wadliwa przepustnica
• Zanieczyszczony filtr paliwa

Air Mass flow sensor IX

Diagnostyka czujnika masowego przepływu powietrza

W trakcie wymiany czujnika MAF dobrą praktyką jest wymiana filtra powietrza w tym samym czasie.