ما هو مقياس تدفق الهواء في السيارة؟
يُعدّ مستشعر تدفق الهواء، المعروف أيضًا باسم مقياس تدفق الهواء، أحد أهم المستشعرات في محركات حقن الوقود الإلكترونية. فهو يحوّل تدفق الهواء الداخل إلى المحرك إلى إشارة كهربائية ويرسلها إلى وحدة التحكم الإلكترونية (ECU)، التي تُعدّ بدورها إحدى الإشارات الأساسية لتحديد كمية الوقود المحقونة، كما أنها مستشعر لقياس تدفق الهواء الداخل إلى المحرك.
في جهاز حقن الوقود المُتحكم به إلكترونيًا، يُعدّ حساس تدفق الهواء، الذي يقيس كمية الهواء الداخل إلى المحرك، أحد المكونات المهمة التي تُحدد دقة التحكم في النظام. عندما تُحدد دقة التحكم في نسبة الهواء إلى الوقود (A/F) للهواء والخليط الداخل إلى المحرك بـ ±1.0، يكون الخطأ المسموح به في النظام من ±6% إلى 7%. وعند توزيع هذا الخطأ المسموح به على كل مكون من مكونات النظام، يكون الخطأ المسموح به لحساس تدفق الهواء من ±2% إلى 3%.
تتراوح نسبة تدفق الهواء الداخل الأقصى إلى الأدنى في محرك البنزين (max/min) بين 40 و50 في نظام السحب الطبيعي، وبين 60 و70 في نظام الشحن التوربيني. ضمن هذا النطاق، يجب أن يحافظ مستشعر تدفق الهواء على دقة قياس تتراوح بين ±2 و3%. يجب أن يتميز مستشعر تدفق الهواء المستخدم في جهاز حقن الوقود الإلكتروني بدقة قياس عالية ضمن نطاق واسع، بالإضافة إلى استجابة قياس ممتازة، وقدرة على قياس تدفق الهواء النبضي، وسهولة معالجة إشارة الخرج.
بحسب خصائص مستشعر تدفق الهواء، يُصنّف نظام التحكم في الوقود إلى نوعين: النوع L الذي يقيس حجم الهواء الداخل مباشرةً، والنوع D الذي يقيسه بشكل غير مباشر بناءً على طريقة القياس. يُقاس حجم الهواء الداخل بشكل غير مباشر وفقًا للضغط السلبي في مشعب السحب وسرعة المحرك. في النوع D، تُخزّن ذاكرة القراءة فقط (ROM) الخاصة بالمعالج الدقيق حجم الهواء الداخل في حالات مختلفة، مع الأخذ في الاعتبار سرعة المحرك والضغط في أنبوب السحب. وبناءً على ضغط وسرعة السحب المقاسين في كل حالة تشغيل، وبالرجوع إلى حجم الهواء الداخل المُخزّن في ذاكرة القراءة فقط، يستطيع المعالج الدقيق حساب استهلاك الوقود. يُشابه مقياس تدفق الهواء المستخدم في النوع L مقياس تدفق الهواء الصناعي العام، إلا أنه مُصمّم ليتكيف مع ظروف التشغيل القاسية للسيارات، ولكنه يتطلب أيضًا الاستجابة للتغيرات الحادة في التدفق عند الضغط على دواسة الوقود، بالإضافة إلى دقة عالية في رصد عدم انتظام تدفق الهواء الناتج عن شكل مشعب السحب قبل وبعد المستشعر.
لم يستخدم نظام التحكم الإلكتروني الأولي لحقن الوقود الحواسيب الصغيرة، بل كان عبارة عن دائرة تناظرية. في ذلك الوقت، كان يُستخدم مستشعر تدفق هواء من نوع الصمام، ولكن مع تطبيق الحواسيب الصغيرة للتحكم في حقن الوقود، ظهرت أنواع أخرى من مستشعرات تدفق الهواء.
بنية مستشعر تدفق الهواء من نوع الصمام.
يُركّب حساس تدفق الهواء من نوع الصمام على محرك البنزين، بين فلتر الهواء وصمام الخانق. وتتمثل وظيفته في قياس حجم الهواء الداخل إلى المحرك وتحويل نتائج القياس إلى إشارات كهربائية، تُدخل بدورها إلى وحدة التحكم الإلكترونية. يتكون هذا الحساس من جزأين: مقياس تدفق الهواء ومقياس الجهد.
لنبدأ بشرح آلية عمل حساس تدفق الهواء. يندفع الهواء المسحوب عبر فلتر الهواء نحو الصمام. يتوقف الصمام عند النقطة التي يتوازن فيها حجم الهواء الداخل مع زنبرك الإرجاع. أي أن درجة فتح الصمام تتناسب طرديًا مع حجم الهواء الداخل. كما يُركّب مقياس جهد على عمود دوران الصمام. يدور ذراع مقياس الجهد المنزلق بالتزامن مع الصمام. يُستغل انخفاض الجهد الناتج عن المقاومة المنزلقة لتحويل درجة فتح لوحة القياس إلى إشارة كهربائية، تُدخل بدورها إلى دائرة التحكم.
مستشعر تدفق الهواء الدوامي من كامان
للتغلب على أوجه القصور في مستشعر تدفق الهواء من نوع الصمام، أي لتوسيع نطاق القياس مع ضمان دقة القياس والتخلص من التلامسات الانزلاقية، تم تطوير مستشعر تدفق هواء صغير وخفيف الوزن، وهو مستشعر تدفق الهواء الدوامي كارمان. دوامة كارمان ظاهرة فيزيائية، ولا علاقة لطريقة الكشف عن الدوامة أو دائرة التحكم الإلكترونية بدقة الكشف. تحدد مساحة ممر الهواء وتغير حجم عمود توليد الدوامة دقة الكشف. ونظرًا لأن خرج هذا النوع من المستشعرات عبارة عن إشارة إلكترونية (تردد)، يمكن الاستغناء عن محول تناظري رقمي عند إدخال الإشارات إلى دائرة التحكم في النظام. لذا، يُعد مستشعر تدفق الهواء الدوامي كارمان مناسبًا للمعالجة بواسطة الحواسيب الصغيرة. يتميز هذا المستشعر بثلاث مزايا: دقة اختبار عالية، وقدرة على إخراج إشارات خطية، ومعالجة إشارة بسيطة؛ كما أن أداءه لا يتغير حتى بعد الاستخدام طويل الأمد. ولأنه مصمم للكشف عن معدل التدفق الحجمي، فلا حاجة لتصحيح درجة الحرارة والضغط الجوي.
عند تكوّن دوامة كارمان، تتغير بتغير السرعة والضغط. ويعتمد مبدأ كشف التدفق على استغلال تغير السرعة داخلها. وتكون الإشارات عبارة عن موجات مربعة وإشارات رقمية. وكلما زاد حجم الهواء الداخل، زاد تردد دوامة كارمان، وبالتالي زاد تردد إشارة الخرج من مستشعر تدفق الهواء.
يُستخدم مستشعر تدفق الهواء المُعوض لدرجة الحرارة والضغط بشكل أساسي لقياس تدفق مختلف الوسائط في خطوط الأنابيب الصناعية، مثل الغاز والسوائل والبخار، وغيرها. يتميز هذا المستشعر بانخفاض فقد الضغط، ونطاق قياس واسع، ودقة عالية، كما أنه لا يتأثر تقريبًا بعوامل مثل كثافة السائل والضغط ودرجة الحرارة واللزوجة عند قياس معدل التدفق الحجمي في ظروف التشغيل. لا يحتوي على أجزاء ميكانيكية متحركة، مما يجعله يتمتع بموثوقية عالية ويتطلب صيانة قليلة. تبقى معايير الجهاز مستقرة لفترة طويلة. يعتمد هذا الجهاز على مستشعرات إجهاد كهرضغطية، وهي عالية الموثوقية وتعمل ضمن نطاق درجة حرارة تشغيل من -10 درجة مئوية إلى +300 درجة مئوية. يحتوي على مخرجات إشارات قياسية تناظرية وإشارات نبضية رقمية، مما يسهل استخدامه مع الأنظمة الرقمية مثل أجهزة الكمبيوتر. يُعد هذا المستشعر متطورًا ومثاليًا لقياس معدل التدفق.
تتمثل الميزة الأكبر لمستشعرات تدفق الهواء في أن معامل الجهاز لا يتأثر بالخصائص الفيزيائية للوسط المقاس، ويمكن تطبيقه على أوساط مختلفة. مع ذلك، ونظرًا للاختلاف الكبير في نطاقات معدل تدفق السوائل والغازات، تتباين نطاقات التردد بشكل كبير أيضًا. في دائرة التضخيم المستخدمة لمعالجة إشارات الشوارع الدوامية، يختلف نطاق تمرير المرشح، وكذلك معلمات الدائرة. لذا، لا يمكن استخدام نفس معلمات الدائرة لقياس أسطح بينية مختلفة.
إذا كنت ترغب في معرفة المزيد، فتابع قراءة المقالات الأخرى على هذا الموقع!
يرجى الاتصال بنا إذا كنتم بحاجة إلى مثل هذه المنتجات.
تشو منغ شنغهاي للسيارات المحدودة تلتزم ببيع منتجات MG&ماكسوسقطع غيار السيارات مرحب بها لشراء.
