흡입 유량 센서

Mass flow sensor
2006-2015년형 자동차 디젤 엔진의 MAF 센서

흡입(공기) 유량 센서(MAF)는 연료 분사 내연기관으로 들어가는 공기의 질량 유량을 결정하는 데 사용되는 센서입니다.

공기량 정보는 엔진 컨트롤 유닛(ECU)이 균형을 맞추고 올바른 연료량을 엔진으로 공급하기 위해 필요합니다.공기는 온도와 압력에 따라 밀도가 변한다.자동차 분야에서 공기 밀도는 외부 온도, 고도 및 강제 유도의 사용에 따라 달라집니다. 즉, 각 실린더의 흡입 공기량을 결정하는 데는 흡입량 센서가 체적 유량 센서보다 더 적합합니다.

자동차 엔진에서 사용되는 흡입 공기량 센서에는 두 가지 일반적인 유형이 있습니다.베인미터와 열선입니다.두 디자인 모두 공기량을 직접 측정하는 기술을 사용하지 않습니다.그러나 추가 센서와 입력을 통해 엔진의 ECU가 흡기 흡입 유량을 결정할 수 있습니다.

두 방법 모두 전자식 연료 분사(EFI) 엔진에서만 사용됩니다.두 센서 모두 공기량 유량에 비례하는 0.0~5.0V 또는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하며, 두 센서 모두 대부분의 OBDII(온보드 진단) 차량 하우징에 흡기 온도(IAT) 센서가 통합되어 있습니다.1996년 이전의 차량은 IAT 없이 MAF를 가질 수 있다.예를 들어 1994 Infiniti Q45가 있습니다.

산소 센서와 함께 MAF 센서를 사용하면 엔진의 공연비를 매우 정확하게 제어할 수 있습니다.MAF 센서는 개방 루프 컨트롤러 예측 공기량 정보(측정 공기량)를 ECU에 제공하고 산소 센서는 예측 공기량을 약간 보정하기 위해 폐쇄 루프 피드백을 제공합니다.매니폴드 절대 압력 센서(MAP 센서)도 참조하십시오.2012년경부터 일부 MAF 센서에는 습도 [1]센서가 포함되어 있습니다.

이동 베인 미터

흡기 플랩형 유량계

VAF(체적 공기량) 센서는 가변 저항기(전위계)에 부착된 스프링식 에어 베인(플랩/도어)을 통해 엔진으로 유입되는 공기량을 측정합니다.베인은 기류에 비례하여 움직입니다.전위차계에 전압이 인가되고 전위차계의 출력 단자에 베인이 회전하는 각도에 비례하는 전압이 나타나거나, 베인이 움직이면 K-제트로닉 시스템과 같이 분사되는 연료량을 직접 조절할 수 있습니다.

대부분의 VAF 센서에는 VAF 센서 측면에 있는 작은 공기 통로를 열거나 닫는 공연비 조정 나사가 있습니다.이 나사는 미터링된 양의 공기가 에어 플랩을 통과하도록 하여 혼합물을 기울이거나 튀겨서 혼합물을 제어합니다.나사를 시계 방향으로 돌리면 혼합물이 농축되고 반시계 방향으로 기울어집니다.

베인은 공기 흐름의 항력 때문에 움직이며, 부피나 질량을 직접 측정하지는 않습니다.드래그력은 공기 밀도(공기 밀도는 공기 온도에 따라 달라짐), 공기 속도 및 베인의 모양에 따라 달라집니다. 드래그 방정식을 참조하십시오.일부 VAF 센서에는 엔진 ECU가 공기의 밀도를 계산하고 그에 따라 연료가 공급되도록 해주는 추가 흡기 온도 센서(IAT 센서)가 포함되어 있습니다.

베인 미터 방식에는 다음과 같은 단점이 있습니다.

  • 공기 흐름을 제한하여 엔진 출력을 제한합니다.
  • 움직이는 전기 또는 기계 접점이 마모될 수 있습니다.
  • 제한된 엔진실 내에서 적절한 장착 위치를 찾는 것은 문제가 있습니다.
  • 베인은 중력에 대해 방향을 정해야 한다.
  • 일부 제조업체에서는 연료 펌프 제어가 VAF 내부 배선에도 포함되었습니다.

열선 센서(MAF)

흡입 공기량 센서
고온의 두꺼운 필름 그리드 MAF 센서.흡기 온도 센서는 외부에서 볼 수 있고 필름 그리드는 내부에 있습니다.

열선 질량 공기량 센서는 엔진의 흡기 시스템으로 유입되는 공기량을 결정합니다.열선 흡입 공기량 센서의 작동 원리는 열선 풍속계의 작동 원리와 유사합니다(공기 속도를 결정).이는 토스터 와이어와 같이 엔진의 공기 스트림에 매달린 와이어를 와이어에 일정한 전압을 인가하여 가열함으로써 실현됩니다.와이어의 전기 저항은 와이어의 온도가 증가함에 따라 증가하며, 옴의 법칙에 따라 회로를 통과하는 전류가 달라집니다.공기가 와이어를 통과하면 와이어가 냉각되어 저항이 감소합니다. 공급 전압이 일정하기 때문에 회로에 더 많은 전류가 흐를 수 있습니다.전류가 더 흐르면 저항이 다시 평형에 도달할 때까지 와이어의 온도가 높아집니다.전류 증가 또는 감소는 와이어를 통과하는 공기량에 비례합니다.집적 전자 회로는 비례 측정치를 비례 전압으로 변환하여 [2]ECU로 전송합니다.

압력의 상승이나 온도 강하에 의해 공기 밀도가 증가하지만 공기량은 일정하게 유지되면 밀도가 높은 공기가 와이어에서 더 많은 열을 제거하여 더 많은 질량 공기 흐름을 나타냅니다.베인 미터의 패들 감지 소자와 달리 열선은 공기 밀도에 직접 반응합니다.이 센서의 기능은 기본적으로 공기량이 아닌 공기량에 반응하는 가솔린 연소 프로세스를 지원하는 데 매우 적합합니다.(화학측정법 참조).

이 센서는 혼합 나사를 사용하는 경우가 있지만, 이 나사는 완전히 전자식이며 공기 바이패스 나사 대신 가변 저항기(전위계)를 사용합니다.원하는 결과를 얻으려면 나사를 더 돌려야 합니다.이러한 센서 중 일부에는 열선 연소 청소 회로가 사용됩니다.번오프 릴레이는 차량의 전원을 끈 후 약 1초 후에 백금열선에 고전류를 흘려 백금열선 소자에 부착된 오염물질을 연소 또는 기화시킨다.

열막 MAF 센서는 열선 MAF 센서와 다소 비슷하게 작동하지만, 일반적으로 주파수 신호를 출력합니다.이 센서는 핫 와이어 [3]대신 핫 필름 그리드를 사용합니다.1980년대 후반과 1990년대 초반 연료 주입 차량에서 흔히 볼 수 있다.출력 주파수는 엔진으로 유입되는 공기량에 정비례합니다.따라서 질량 흐름이 증가함에 따라 주파수도 증가합니다.이러한 센서는 내부 전기적 고장으로 인해 간헐적인 문제를 일으키는 경향이 있습니다.이러한 센서의 출력 주파수를 확인하려면 오실로스코프를 사용하는 것이 좋습니다.또한 센서가 고장나기 시작하면 주파수의 왜곡도 자주 발생합니다.현장의 많은 기술자가 탭 테스트를 사용하여 매우 결정적인 결과를 얻습니다.모든 HFM 시스템이 주파수를 출력하는 것은 아닙니다.경우에 따라 이 센서는 정기적으로 변화하는 전압 신호를 출력하여 작동합니다.

마이크로 브릿지는 같은 원리를 사용하지만 실리콘 [4]칩 위에 배열됩니다.

냉선 센서

홀든 코모도어 MAF 센서

GM LS 엔진 시리즈(및 기타)는 열선 MAF 시스템과 유사하게 작동하는 냉선 MAF 시스템(AC Delco에서 생산)을 사용합니다. 단, 추가적인 "냉" 저항을 사용하여 외기를 측정하고 공기 흐름을 [5]측정하는 데 사용되는 "온" 저항 요소에 대한 기준을 제공합니다.

MAF의 메쉬를 사용하여 기류를 원활하게 하여 센서가 지속적으로 판독할 수 있도록 합니다.공기량 자체 측정에는 사용되지 않습니다.소유자가 오일 게이지 공기 필터를 사용하는 상황에서는 과도한 오일이 MAF 센서를 코팅하고 측정값을 왜곡할 수 있습니다.실제로 General Motors는 기술 서비스 게시판을 발행하여 거친 공회전부터 오염된 센서로 인해 발생할 수 있는 변속기 손상까지 문제를 지적하고 있습니다.섬세한 MAF 센서 구성 요소를 청소하려면 화학적으로 지나치게 공격적일 수 있는 카뷰레터나 브레이크 클리너가 아닌 특정 MAF 센서 클리너 또는 전자 장치 클리너를 사용해야 합니다.대신, MAF 센서 클리너와 전자 기기 클리너는 일반적으로 알코올 함량이 거의 또는 전혀 없는 헥탄 또는 헵탄을 기반으로 하며, 에어로졸 추진제로 이산화탄소 또는 HFC-152a를 사용합니다.물리적으로 손상되지 않도록 센서를 조심스럽게 먼 거리에서 분사한 후 완전히 건조시킨 후 다시 설치해야 합니다.제조업체들은 올바른 기능을 보장하기 위한 간단하지만 매우 신뢰할 수 있는 테스트는 차량 주행 중에 드라이버의 뒷면을 사용하여 장치를 두드리는 것이며, 이로 인해 출력 주파수에 변화가 생긴다면 장치를 폐기하고 OEM 교체품을 장착해야 한다고 주장합니다.

카르만 와류 센서

폰 카르만 소용돌이 거리

카르만 소용돌이 센서는 수직 활로 공기 흐름을 방해하여 작동합니다.유입 흐름이 층상일 경우, 웨이크는 Karrmann vortice의 진동 패턴으로 구성됩니다.결과 패턴의 빈도는 공기 속도에 비례합니다.

이러한 소용돌이는 센서에 대한 압력 펄스로 직접 읽히거나 반사광 빔을 차단하거나 전송하여 소용돌이에 반응하는 펄스를 생성하는 거울과 충돌시킬 수 있습니다.첫 번째 유형은 풀 스루 공기(터보 또는 슈퍼차저 이전)에서만 사용할 수 있으며, 두 번째 유형은 이론적으로 푸시 또는 풀 스루 공기(앞에서 언급한 슈퍼 또는 터보차저와 같은 강제 유도 적용 전 또는 이후)에서 사용할 수 있습니다.이 유형의 MAF는 저항 계수에 의해 수정된 정전압을 출력하는 대신 ECU에 의해 해석되어야 하는 주파수를 출력합니다.이러한 종류의 MAF는 모든 DSM(미쓰비시 이클립스, 이글 탈론, 플리머스 레이저), 많은 미쓰비시, 일부 도요타, 렉서스, [6]그리고 일부 BMW에서 볼 수 있습니다.

막센서

새로운 기술은 공기 흐름에 배치된 매우 얇은 전자 막을 이용한다.이 막에는 업스트림 측과 다운스트림 측에 박막 온도 센서가 인쇄되어 있습니다.히터는 열선접근과 같은 온도를 일정하게 유지하는 막의 중심에 일체화되어 있다.기류가 없으면 멤브레인 전체의 온도 프로파일이 균일해집니다.공기가 막을 통과할 때 상류 쪽은 하류 쪽과 다르게 냉각됩니다.업스트림과 다운스트림의 온도 차이는 매스 에어플로우를 나타냅니다.또한 열막 센서는 맥동 상황에서 발생하는 양방향의 흐름을 측정할 수 있습니다.기술의 진보에 의해, 이러한 종류의 센서를 마이크로 전자 시스템 기술을 이용한 마이크로 센서로서 현미경으로 제조할 수 있게 되었습니다.그러한 마이크로 센서는 거시적 접근법에 비해 상당히 높은 속도와 민감도에 도달한다.「MEMS 센서의 생성」도 참조해 주세요.

층류 요소

층류 요소는 가스의 체적 유량을 직접 측정합니다.층류일 경우 파이프 전체의 압력차가 유량에 선형 비례한다는 원리로 작동합니다.기체의 레이놀즈 수가 임계 수치보다 낮을 때 기체에 층류 조건이 존재합니다.결과에서 유체의 점도를 보정해야 합니다.층류 요소는 보통 다수의 병렬 파이프로 구성되어 필요한 유량 정격을 달성합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Gears Magazine A Breath of Fresh Air: 8-Pin Mass Airflow Sensors". Gears Magazine. Retrieved 2 December 2020.
  2. ^ "How they work - Denso". www.denso-am.eu. Retrieved 2 December 2020.
  3. ^ "Hot-film air-mass meter, type HFM 2" (PDF). Bosch. Retrieved 10 September 2021 – via Farnell.
  4. ^ "AWM Series Microbridge Mass Airflow Sensors Introduction" (PDF). US: Honeywell. Retrieved 1 November 2021.
  5. ^ Gilles, Tim (2011). Automotive Service: Inspection, Maintenance, Repair (4th ed.). Cengage Learning. ISBN 978-1-1111-2861-6.
  6. ^ "Air Flow Sensors" (PDF). Archived from the original (PDF) on 14 January 2010. Retrieved 15 September 2009.