Przepływomierze powietrza - czyli jak zmierzyć powietrze

W idealnej mieszance paliwowo-powietrznej na każdy kilogram paliwa przypada 14,7 kg powietrza. O takiej mieszance mówimy, że ma skład stechiometryczny. Jak w takim razie zapewnić silnikowi dostarczanie takiej mieszanki? Dużą rolę w tej operacji odgrywa przepływomierz.

Dawniej za dostarczanie mieszanki w silniku odpowiedzialny był gaźnik. Jego działanie było jednak dalekie od ideału, a skład mieszanki miał niewiele wspólnego ze stechiometrycznym. Następnie pojawiły się mechaniczne układy wtrysku paliwa wraz z prostym systemem pomiaru powietrza opartym na przesłonie. Jednak na dokładną kontrolę składu mieszanki pozwoliło wprowadzenie elektronicznie sterowanego wtrysku wraz z bieżącym pomiarem nie tylko wprowadzanego powietrza, ale także składu spalin.

Zależnie od ilości zasysanego powietrza, którego wielkość podawana jest do sterownika silnika, dobierana jest odpowiednia dawka paliwa potrzebna do spalenia danej ilości tlenu. Na podstawie zapisanych w pamięci sterownika wielowymiarowych map paliwa, uwzględniających także temperaturę powietrza, obciążenie jednostki napędowej, komputer stara się uzyskać skład mieszanki najbliższy idealnemu. W przypadku silników benzynowych będzie to opisywana mieszanka stechiometryczna. Silniki o zapłonie samoczynnym pracują przeważnie na mieszance nieco zubożonej.

Istnieje kilka sposobów pomiaru powietrza. Jeden z nich wykorzystuje do tego czujnik położenia przepustnicy, który opisywałem wczoraj. Wychylenia przepustnicy, której oś jest bezpośrednio połączona z potencjometrem, powodują zmiany rezystancji na tym elemencie. Wielkości te są przesyłane do sterownika i wraz z informacją o temperaturze zasysanego powietrza, która pozwala na obliczenie jego gęstości, dobierana jest właściwa dawka paliwa.

Kolejnym rozwiązaniem jest równoległy pomiar ciśnienia w kolektorze ssącym silnika i temperatury powietrza, które przepływa przez czujnik ciśnienia. Zwany jest on MAP-sensorem (Manifold Air Pressure). Komputer sczytuje te wartości, oblicza masę powietrza i dobiera dawkę paliwa.

Innym sposobem jest pomiar za pomocą przepływomierza typu hot-wire lub hot-film. Jest to czujnik elektroniczny, który w dużym skrócie wykorzystuje rozgrzany drucik, ochładzany przez opływające go powietrze. Czujnik posiada dwa zasilane elementy oporowe RT i RS, gdzie RT jest punktem odniesienia dla RS. RT mierzy aktualną temperaturę przepływającego powietrza. Pomiar odbywa się poprzez interpretację wartości prądu, potrzebnego do utrzymania temperatury rozgrzanego opornika RS, który jest cały czas ochładzany przez powietrze. Wartość prądu po przetworzeniu odnoszona jest do mapy danych, na podstawie której ustalana jest dawka paliwa.

Najbardziej skomplikowanym sposobem pomiaru masy powietrza jest system ultradźwiękowego pomiaru o nazwie Vortex. W strumieniu przepływającego powietrza umieszcza się generator drgań, który wytwarza drobne zawirowania. Na drodze tych zawirowań umieszcza się natomiast nadajnik ultradźwiękowy z ulokowanym naprzeciw niego mikrofonem. Zawirowania wytwarzane przez generator mają wpływ na kształt fali ultradźwiękowej, która dociera do mikrofonu. Przy małym natężeniu przepływu powietrza, amplituda tej fali jest niewielka. Zwiększa się ona wraz ze wzrostem natężenia przepływu, ponieważ powoduje to wzrost zawirowań wytwarzanych przez generator. Metoda Vortex jest bardzo precyzyjna, ale zarazem skomplikowana i wymaga rozbudowanych systemów sterowania oraz obróbki danych.

Opisane wyżej metody służą do pomiaru jedynie zasysanego powietrza. Aby skład mieszanki paliwowo-powietrznej był jak najbardziej efektywny, a zarazem najbliższy stechiometrycznemu, potrzebne są odczyty także innych wielkości. Dla poprawnej pracy jednostki napędowej niezbędne są informacje m.in. o położeniu wału korbowego, temperaturze silnika, położeniu przepustnicy czy składzie spalin.

Zobacz także:

Źródło: Auto Technika Motoryzacyjna