เครื่องวัดปริมาณอากาศในรถยนต์คืออะไร
เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศ หรือที่รู้จักกันในชื่อมิเตอร์วัดการไหลของอากาศ เป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์ที่สำคัญในเครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์ ทำหน้าที่แปลงการไหลของอากาศที่ดูดเข้าไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าและส่งไปยังหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) ซึ่งเป็นหนึ่งในสัญญาณพื้นฐานสำหรับการกำหนดการฉีดเชื้อเพลิง และเป็นเซ็นเซอร์สำหรับวัดการไหลของอากาศที่ดูดเข้าไปในเครื่องยนต์
ในอุปกรณ์ฉีดเชื้อเพลิงแบบควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ที่วัดปริมาณอากาศที่เครื่องยนต์ดูดเข้าไป หรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศ เป็นหนึ่งในส่วนประกอบสำคัญที่กำหนดความแม่นยำในการควบคุมของระบบ เมื่อกำหนดความแม่นยำในการควบคุมอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิง (A/F) ของอากาศและส่วนผสมที่เครื่องยนต์ดูดเข้าไปไว้ที่ ±1.0 ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของระบบจะอยู่ที่ ± 6% ถึง 7% เมื่อกระจายค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้นี้ไปยังแต่ละส่วนประกอบของระบบ ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศจะอยู่ที่ ± 2% ถึง 3%
อัตราส่วนของปริมาณอากาศไหลเข้าสูงสุดต่อปริมาณอากาศไหลเข้าต่ำสุดของเครื่องยนต์เบนซิน (max/min) อยู่ระหว่าง 40 ถึง 50 ในระบบดูดอากาศแบบปกติ และ 60 ถึง 70 ในระบบเทอร์โบชาร์จ ภายในช่วงนี้ เซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศควรมีความแม่นยำในการวัดอยู่ที่ ±2 ถึง 3% เซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศที่ใช้ในอุปกรณ์ฉีดเชื้อเพลิงแบบควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ไม่เพียงแต่ต้องมีความแม่นยำในการวัดในช่วงการวัดที่กว้างเท่านั้น แต่ยังต้องมีการตอบสนองการวัดที่ดีเยี่ยม สามารถวัดปริมาณอากาศไหลเข้าแบบเป็นจังหวะได้ และการประมวลผลสัญญาณเอาต์พุตควรทำได้ง่าย
ตามลักษณะที่แตกต่างกันของเซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศ ระบบควบคุมเชื้อเพลิงจึงถูกแบ่งออกเป็นระบบควบคุมแบบ L ซึ่งวัดปริมาณอากาศเข้าโดยตรง และระบบควบคุมแบบ D ซึ่งวัดปริมาณอากาศเข้าโดยอ้อม โดยวิธีการวัดปริมาณอากาศเข้าโดยอ้อมนั้นวัดจากแรงดันลบในท่อไอดีและความเร็วรอบเครื่องยนต์ ในโหมดควบคุมแบบ D ไมโครคอมพิวเตอร์จะจัดเก็บปริมาณอากาศเข้าในสภาวะต่างๆ ไว้ใน ROM โดยใช้ความเร็วรอบเครื่องยนต์และแรงดันในท่อไอดีเป็นพารามิเตอร์ จากแรงดันและความเร็วรอบที่วัดได้ในแต่ละสภาวะการทำงาน และอ้างอิงจากปริมาณอากาศเข้าที่บันทึกไว้ใน ROM ไมโครคอมพิวเตอร์สามารถคำนวณอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงได้ เซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศที่ใช้ในการควบคุมแบบ L นั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับเซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศทั่วไปในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม มันสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของรถยนต์ได้ แต่ก็มีความต้องการที่จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของปริมาณอากาศเมื่อเหยียบคันเร่ง และความต้องการในการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูงในกระแสอากาศที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งเกิดจากรูปทรงของท่อไอดีก่อนและหลังเซ็นเซอร์
ระบบควบคุมการฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์รุ่นแรกไม่ได้ใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ แต่เป็นวงจรอนาล็อก ในเวลานั้นมีการใช้เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศแบบวาล์ว แต่เมื่อมีการนำไมโครคอมพิวเตอร์มาใช้ควบคุมการฉีดเชื้อเพลิง เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศประเภทอื่นๆ ก็เกิดขึ้นมาเช่นกัน
โครงสร้างของเซ็นเซอร์วัดปริมาณการไหลของอากาศแบบวาล์ว
เซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศแบบวาล์วติดตั้งอยู่บนเครื่องยนต์เบนซิน ระหว่างตัวกรองอากาศและลิ้นปีกผีเสื้อ หน้าที่ของมันคือตรวจจับปริมาณอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์และแปลงผลการตรวจจับเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังไมโครคอมพิวเตอร์ เซ็นเซอร์นี้ประกอบด้วยสองส่วน คือ ตัววัดปริมาณอากาศและโพเทนชิโอมิเตอร์
ก่อนอื่น เรามาดูขั้นตอนการทำงานของเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศกันก่อน อากาศที่ถูกดูดเข้ามาจากตัวกรองอากาศจะพุ่งไปยังวาล์ว วาล์วจะหยุดที่ตำแหน่งที่ปริมาตรการดูดอากาศสมดุลกับสปริงคืนตัว กล่าวคือ ระดับการเปิดของวาล์วเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาตรการดูดอากาศ นอกจากนี้ยังมีโพเทนชิโอมิเตอร์ติดตั้งอยู่บนเพลาหมุนของวาล์ว แขนเลื่อนของโพเทนชิโอมิเตอร์จะหมุนไปพร้อมกับวาล์ว แรงดันตกคร่อมของความต้านทานการเลื่อนจะถูกนำมาใช้ในการแปลงระดับการเปิดของแผ่นวัดให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งจะถูกป้อนเข้าสู่วงจรควบคุม
เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศแบบหมุนวน Kaman
เพื่อเอาชนะข้อจำกัดของเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศแบบวาล์ว กล่าวคือ เพื่อขยายช่วงการวัดในขณะที่ยังคงรักษาความแม่นยำในการวัดและกำจัดหน้าสัมผัสแบบเลื่อน เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศขนาดเล็กและน้ำหนักเบา หรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศแบบกระแสน้ำวนคาร์มัน จึงได้รับการพัฒนาขึ้น กระแสน้ำวนคาร์มันเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพ วิธีการตรวจจับกระแสน้ำวนและวงจรควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับความแม่นยำในการตรวจจับเลย พื้นที่ของทางเดินอากาศและการเปลี่ยนแปลงขนาดของคอลัมน์ที่สร้างกระแสน้ำวนเป็นตัวกำหนดความแม่นยำในการตรวจจับ นอกจากนี้ เนื่องจากเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ประเภทนี้เป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ (ความถี่) เมื่อป้อนสัญญาณไปยังวงจรควบคุมของระบบ จึงสามารถละเว้นตัวแปลง AD ได้ ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้ว เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศแบบกระแสน้ำวนคาร์มันจึงเป็นสัญญาณที่เหมาะสมสำหรับการประมวลผลด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ เซ็นเซอร์นี้มีข้อดีสามประการดังต่อไปนี้: ความแม่นยำในการทดสอบสูง ความสามารถในการส่งออกสัญญาณเชิงเส้น และการประมวลผลสัญญาณที่ง่าย ประสิทธิภาพจะไม่เปลี่ยนแปลงแม้หลังจากใช้งานเป็นเวลานาน เนื่องจากใช้สำหรับตรวจจับอัตราการไหลเชิงปริมาตร จึงไม่จำเป็นต้องแก้ไขอุณหภูมิและความดันบรรยากาศ
เมื่อเกิดกระแสน้ำวนคาร์มัน (Karman vortex) ขึ้น มันจะเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วและความดัน หลักการพื้นฐานของการตรวจจับการไหลคือการใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนแปลงความเร็วภายในกระแสน้ำวนนั้น สัญญาณที่ได้จะเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมและสัญญาณดิจิทัล ยิ่งปริมาตรอากาศเข้ามากเท่าไร ความถี่ของกระแสน้ำวนคาร์มันก็จะยิ่งสูงขึ้น และความถี่ของสัญญาณเอาต์พุตจากเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศก็จะยิ่งสูงขึ้นด้วย
เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของอากาศแบบชดเชยอุณหภูมิและความดันส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลของสื่อต่างๆ ในท่ออุตสาหกรรม เช่น ก๊าซ ของเหลว ไอน้ำ เป็นต้น คุณสมบัติเด่น ได้แก่ การสูญเสียความดันต่ำ ช่วงการวัดกว้าง ความแม่นยำสูง และแทบไม่ได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความหนาแน่นของของเหลว ความดัน อุณหภูมิ และความหนืด เมื่อวัดอัตราการไหลภายใต้สภาวะการทำงาน ไม่มีชิ้นส่วนกลไกที่เคลื่อนที่ จึงมีความน่าเชื่อถือสูงและต้องการการบำรุงรักษาน้อย พารามิเตอร์ของเครื่องมือสามารถคงที่ได้เป็นเวลานาน เครื่องมือนี้ใช้เซ็นเซอร์วัดความเค้นแบบเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งมีความน่าเชื่อถือสูงและสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิการทำงานตั้งแต่ -10℃ ถึง +300℃ มีทั้งสัญญาณมาตรฐานแบบอนาล็อกและสัญญาณพัลส์ดิจิทัล ทำให้ใช้งานร่วมกับระบบดิจิทัล เช่น คอมพิวเตอร์ ได้ง่าย นับเป็นเครื่องมือวัดอัตราการไหลที่ทันสมัยและเหมาะสมอย่างยิ่ง
ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศคือ ค่าสัมประสิทธิ์ของเครื่องมือไม่ได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกลางที่วัด และสามารถขยายจากตัวกลางทั่วไปหนึ่งไปยังตัวกลางอื่นๆ ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในช่วงอัตราการไหลของของเหลวและก๊าซ ช่วงความถี่จึงแตกต่างกันอย่างมากเช่นกัน ในวงจรขยายสัญญาณสำหรับการประมวลผลสัญญาณกระแสน้ำวน ความถี่ผ่านของตัวกรองจะแตกต่างกัน และพารามิเตอร์ของวงจรก็แตกต่างกันด้วย ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้พารามิเตอร์วงจรเดียวกันในการวัดอินเทอร์เฟซที่แตกต่างกันได้
ถ้าอยากรู้เพิ่มเติม โปรดอ่านบทความอื่นๆ ในเว็บไซต์นี้ต่อไป!
โปรดติดต่อเราหากคุณต้องการผลิตภัณฑ์ดังกล่าว
Zhuo Meng Shanghai Auto Co., Ltd. มุ่งมั่นที่จะขาย MG&แม็กซ์ัสยินดีต้อนรับอะไหล่รถยนต์ ซื้อ.
