MAP nebo MAF? — DRIVE2

Pamatujete si hlavní otázku kluků 90. let? Kdo je silnější: Robocop nebo Terminátor?
Horlivé hádky, někdy dokonce až k hádkám)
Pokud vás zajímá téma systémů řízení motoru, chiptuning, pak jste se pravděpodobně setkali se stejně bouřlivými diskuzemi na různých tematických fórech – co je lepší použít jako snímač zatížení motoru, MAP nebo MAF? Co přesněji měří plnění motoru (zatížení)? Jaký senzor bych měl použít? Každá strana v tomto sporu má své vlastní platné a neplatné argumenty, ale shrnutí obvykle končí takto:
— DBP je prakticky věčný;
— MAF je přesnější, protože měří hmotnost vzduchu přímo;
— MAF je příliš pomalý a inertní;
— Senzor MAP reaguje na změny zatížení téměř okamžitě, na rozdíl od senzoru MAF.
V tomto článku se pokusíme pochopit, jak je to s výpočtem zatížení pomocí snímače MAP a/nebo snímače MAF pro relativně moderní řídicí systémy, které využívají matematické implementace fyzikálních modelů pro řízení motoru (ME7, ME9, ME17).
Pro začátek navrhuji podívat se na obecnou strukturu funkce pro zpracování signálů ze snímačů zatížení (MAS, MAF) a výpočet zatížení motoru (EGFE):

Pro usnadnění vnímání jsem barevně zvýraznil cesty výpočtu zatížení pro různé senzory:
— červená MAF;
– zelená MAPA.
Zde vidíme, že po zpracování napětí MAP (udss_w) v odpovídající podfunkci (GGDSS) je výsledná proměnná tlaku v potrubí (psdss_w) okamžitě adresována podfunkci modelu sacího potrubí (SRMUE).
U MAF je situace trochu jiná – po zpracování napětí MAF (uhfm_w) v odpovídající podfunkci (GGHFM) je výsledná proměnná vzduchová hmotnost přes MAF (mshfms_w) nejprve odeslána do podfunkce počítající vzduchovou hmotu vstupující do sacího potrubí (BGMSZS). Podívejme se podrobněji na podfunkci BGMSZS.

Co vypočítá podfunkce BGMSZS? Proud vzduchu přes MAF (mshfms_w, zakroužkovaný červeně) se přidá k průtoku vzduchu adsorbérem (mste, zakroužkovaný zeleně). U turbomotorů s MAF nainstalovaným před kompresorem se také používá kompenzační algoritmus (BGMSDKHFM, zakroužkovaný žlutě), navržený tak, aby zohlednil objem vzduchu mezi MAF a škrticí klapkou.
Také sem přichází proměnný průtok vzduchu škrticí klapkou (msdk_w), vypočítaný v odpovídající funkci na základě polohy plynu a otáček motoru. To je velmi důležitý bod, protože tato proměnná je výsledkem samostatného algoritmu pro posouzení zatížení motoru na základě polohy polohy škrticí klapky, v podstatě alternativního snímače zatížení.
Průtok vzduchu přes MAF a výpočet vzduchu přes snímač polohy škrticí klapky jsou převedeny na relativní plnění (rlflmroh_w, rlfdkroh_w) a adresovány do podfunkce výběru signálu zátěže (UMSCHALT, zakroužkované modře), kde se rozhoduje, jaký signál (MAF nebo snímač polohy škrticí klapky) v danou chvíli použít.

V podfunkci výběru signálu zátěže (UMSCHALT) je průtok vzduchu MAF považován za prioritu, protože je měřen přímo, s výjimkou následujících situací:
— pro TPS a MAF jsou nastaveny chybové příznaky (červeně zakroužkované), zatížení se počítá podle havarijní tabulky po otáčkách (RLNOT). Toto je nejvíce nouzový režim, můžete se dostat na místo opravy;
— není příznak „MAF je připraven k měření“ (zakroužkovaný modře), zatížení se vypočítává podle DZ;
— u turbomotorů se zatížení vypočítává podle polohy škrticí klapky při nastavení následujících podmínek: negativní gradient zatížení v turbo režimu (B_uneglgrd, zelená), netěsnost diagnostikována před škrticí klapkou (E_lkvdk, fialová), podmínka pro volbu hodnoty maximálního zatížení (B_mxrlroh, žlutá). Podmínka výběru hodnoty maximálního zatížení (B_mxrlroh) se aktivuje, když je aktivována funkce ochrany součástí motoru (lambts_w menší než 1).
Výsledná proměnná plnění (rlfgroh_w) je předána funkci modelu sacího potrubí (SRMUE).

Jedná se o poměrně velkou a komplexní funkci, která zahrnuje následující podfunkce:
— BGPEXT, výpočet vnějšího parciálního tlaku EGR;
— BGPIRG, výpočet množství zbytkového plynu vnitřního EGR;
— SRMHFM, model sacího potrubí pro MAF;
— SRMDSS, model sacího potrubí pro snímač MAP;
— BGADAP, porovnání naměřeného a simulovaného tlaku v potrubí;
— Výběr signálu SRMSEL, MAP/MAF.
Při pohledu na celou tu ostudu vyvstává zcela přirozená otázka: proč nemůžeme vzít a použít vzduch, který již MAF vypočítal, jako zátěžový signál? Celá věc je v tom, že ne všechen vypočítaný vzduch se dostane do válců, protože v potrubí budou vždy výfukové plyny, které nahradí část vzduchu. Tyto plyny mohou vstupovat buď přes vnitřní EGR, v okamžiku překrytí ventilů, nebo přes vnější EGR. Množství a tlak těchto plynů jsou vypočteny v odpovídajících funkcích BGPEXT a BGPIRG.
A pak začíná ta nejzajímavější část – model sacího potrubí pro MAF (SRMHFM) je postaven na dynamice tlaku dílčích částí plynů umístěných v potrubí! Bere se v úvahu čerstvý vzduch (přes MAF a DK), vzduch již v rozdělovači, parciální tlak externího EGR a parciální tlak zbytkových plynů ze spalovací komory. Přiváděný čerstvý vzduch se přeměňuje na tlak pomocí odpovídajícího integračního koeficientu modelu sacího potrubí. Výsledkem výpočtu dílčí funkce je simulovaný tlak v sacím potrubí a relativní proměnná plnění, která je odeslána do podfunkce výběru signálu zatížení (SRMSEL).
Funkce Výběr signálu zatížení (SRMSEL) určuje, který snímač zatížení bude primárním snímačem zatížení. U systému pouze se snímačem MAF je snímač MAF považován za primární snímač a snímač polohy škrticí klapky je považován za záložní snímač pro systém se snímačem MAP je snímač MAP považován za primární snímač – a snímač polohy škrticí klapky je považován za záložní snímač.
Pokud má systém jak snímač MAF, tak snímač MAP, systém přijímá MAF jako primární snímač za předpokladu, že je MAF připraven k měření. Druhou prioritou je snímač MAP a záložní je snímač DZ. Je zde však velmi zajímavý bod – byl implementován algoritmus (BGADAP) pro přizpůsobení simulovaného tlaku v potrubí (přes MAF) a skutečného tlaku naměřeného pomocí senzoru MAP. Podstata přizpůsobení je následující: průtok vzduchu přes MAF je akceptován jako pravdivý, protože je měřen přímo, skutečný tlak v rozdělovači je akceptován jako pravdivý, protože je také měřen přímo – přes MAP. Pokud existuje rozpor mezi modelem a naměřeným tlakem, je do vnitřního algoritmu výpočtu EGR zavedena zpětná korekce. To znamená, že oba senzory, MAF a MAP, se účastní výpočtu plnění.

Takže byly zváženy základní principy výpočtu plnění pro různé snímače zatížení, výhody a nevýhody každého algoritmu jsou také jasné. Nejpřesnější možností je samozřejmě vypočítat zatížení motoru současně pomocí snímačů MAF a MAP, ale tato možnost je také nejdražší, náklady na další sadu snímačů zatížení a práce na kalibraci systému s ohledem na dva snímače zatížení. Je skutečně vždy vyžadována taková zvýšená přesnost výpočtu plnění? Bosch má doporučení pro vybavení motorů snímači zatížení.
Možnost 1. Atmosférický motor bez EGR.
Nápis „Bez EGR“ znamená, že se jedná o atmosférický motor bez VVT a externího EGR, přesah ventilů u TDC je nevýznamný. Množství výfukových plynů (EG) v potrubí je malé.
Jako příklad – motor 21126.
Pro takový řídicí systém je optimální variantou snímače zatížení MAF. Čerstvý vzduch vstupující do rozdělovače je měřen přímo MAF, množství výfukových plynů je extrémně malé a tlak v rozdělovači je poměrně přesně modelován proudem vzduchu. Běžně řečeno, množství vzduchu vstupujícího do rozdělovače odpovídá zatížení, přičemž se bere v úvahu korekční faktor pro pulsaci proudění vzduchu.
Možnost 2. Atmosférický motor s EGR.
Výraz „s EGR“ znamená, že se jedná o atmosféricky plněný motor s IEGR/EEGR, množství výfukových plynů v potrubí je významné.
Jako příklad je uveden motor G4FC.
Pro takový řídicí systém je optimální variantou snímače zatížení snímač MAP.
Čerstvý vzduch vstupující do rozdělovače se odhaduje pomocí modelu škrticí klapky, to se provádí poměrně přesně, protože tlak před a za škrticí klapkou je neustále měřen po přidání plynu a před přidáním plynu se určuje pomocí MAP před spuštěním motoru. Průtok vzduchu škrticí klapkou při daném poklesu tlaku je známá hodnota, korekce teploty se provádí na základě teploty skutečně naměřené v potrubí.
Tlak v potrubí se měří přímo, a pokud existují nesrovnalosti mezi modelovým tlakem (vypočteným z DZ) a skutečně naměřeným MAP, adaptační algoritmus (BGADAP) poskytne zpětnou vazbu pro úpravu množství EG. IEGR/EEGR je tedy při výpočtu plnění zohledněn s vysokou přesností.
Nyní, pokud jde o turbomotory, je zde vše podobné přirozeně nasávaným možnostem, s výjimkou některých nuancí. Ve verzi „bez EGR“ se pro výpočet zatížení používá kombinace MAF+TS s přihlédnutím k údajům snímačů atmosférického tlaku a snímače plnicího tlaku (umístěného mezi turbodmychadlem a TS).
Ve verzi „s EGR“ je hlavním použitým snímačem MAP+TS, přičemž se berou v úvahu údaje ze snímače plnicího tlaku.
Uvedené možnosti nejsou dogmatem a v implementaci existuje mnoho možností, které nezapadají do nastíněné koncepce. Například G4EE, systém „bez EGR“, ale docela úspěšně funguje na MAD.

Co tedy máme jako konečný výsledek? Při výpočtu zatížení motoru se ECM jen zřídka spoléhá na údaje minimálně jednoho snímače zatížení, bude to snímač polohy škrticí klapky MAF + nebo snímač polohy škrticí klapky MAP +. Přidání jakéhokoli dalšího snímače do systému (MAF, MAP, snímač plnicího tlaku, snímač absolutního tlaku) zvyšuje přesnost výpočtů plnění.
Pokud jde o hlavní otázku – co je lepší použít, MAP nebo MAF, odpověď bude záviset na mnoha faktorech, pro každý konkrétní úkol se bude odpověď lišit, hodně závisí na použitém řídicím systému a algoritmech výpočtu plnění v něm implementovaných. Obecně je dnes hlavním trendem mezi výrobci opuštění MAF a přechod na MAP senzor.

Řídicí systém vstřikování paliva vypočítává složení směsi na základě údajů snímačů a naprogramovaného programu. Základem pro výpočet je hmotnostní průtok vzduchu procházejícího filtrem. Průtokoměr MAF se používá k určení hmotnosti vzduchu a MAP je potřebný k měření absolutního tlaku v sání. Snímač MAF je vyžadován pro distribuované vstřikovací systémy a MAP je pomocný, ačkoli řada řídicích systémů používá oba prvky.

Nejnovější zprávy v našem telegramu!

Přihlaste se k odběru, abyste byli vždy aktuální

Přehled

Zajištění minimální spotřeby paliva a snížení obsahu škodlivých nečistot je možné při zachování stabilního, optimálního složení směsi vzduch-palivo. Přívod paliva vstřikovači můžete vypočítat pouze tím, že znáte množství vzduchu dodávaného do motoru. Jelikož se objem a hmotnost nasávaného vzduchu neustále mění, elektronika neustále upravuje množství vstřikovaného paliva.

Složení směsi je navíc dodatečně upravováno na základě signálů z jiných senzorů, ale jejich vliv je ve srovnání s MAP nebo MAF malý. Údaje z měřiče průtoku vzduchu jsou téměř vždy korigovány snímači teploty a atmosférického tlaku – tzn. podle parametrů ovlivňujících hustotu plynu. Vůbec první jednovstřikové systémy nebyly vybaveny měřičem průtoku vzduchu a tvořily směs průměrného složení, což vedlo k nadměrné spotřebě paliva a předurčilo rychlou náhradu jednovstřikových systémů více vstřikovači.

MAF design

Nejjednodušší snímač pro výpočet hmotnostního průtoku se skládá ze dvou identických platinových vláken, která jsou nabuzena při zapnutí zapalování. První závit se nachází v proudu vzduchu, který ochlazuje kov. Druhý závit je kontrolní a je umístěn v komoře se stabilním plynným prostředím. Princip činnosti je založen na měření síly proudu v prvním a druhém vlákně, protože v chlazeném okruhu se síla proudu mění v závislosti na teplotě vlákna, a tedy intenzitě foukání.

Senzory tohoto typu se podle ruské terminologie nazývají MAF (zkratka pro Mass Air Flow sensor) nebo MAF podle počátečních písmen označení „Mass Air Flow Sensor“. Na řadě modelů motorů byly instalovány průtokoměry s kontrolním závitem, kterým se zjišťoval rozdíl v síle proudu ve vyhřívaném a chlazeném závitu. Zatímco konstrukce vlákna byla použita u prvních modelů, moderní motory jsou vybaveny filmovými snímači MAF, které poskytují zvýšenou přesnost a jsou odolné vůči vibračnímu zatížení, které je při řízení automobilu nevyhnutelné.

Snímač je typu hot-wire a je umístěn mezi filtrem a tělesem škrticí klapky – umístění instalace eliminuje chybu spojenou s postupným zpomalováním přívodu vzduchu při znečištění filtru a zvýšení sacího odporu. Na vnější straně snímače je konektor pro připojení k palubní síti vozidla. Data ze snímače zpracovává řídicí jednotka motoru, která v souladu s naprogramovaným programem reguluje intenzitu a dobu vstřiku paliva.

Varianta MAF

Existují filmové senzory s mírně odlišným designem – MAF obsahuje dvě elektricky vyhřívané fólie s keramickým deskovým těsněním. Když motor neběží, teplota fólií je stejná – po nastartování proudí vzduch kolem jedné z fólií, čímž se teplota snižuje. Elektronika zaznamenává rozdíl teplot mezi fóliemi a vypočítává přívod vzduchu pro určení objemu vstřiku paliva. Senzory MAF jakéhokoli typu mohou mít korekční modul, který detekuje zpětné proudění vzduchu a vylučuje jej z výpočtu.

Dalším originálním designem je lopatkový průtokoměr navržený společností Bosch a označený VAF (zkratka pro Volume Air Flow). Průtokoměr byl součástí mechanického vstřikovacího systému K-Jetronic. V pouzdře takového snímače je instalována klapka, připojená k rezistoru s proměnným odporem. Proud vzduchu vychyluje klapku na základě hodnoty odporu, regulátor mění přívod paliva. U nejnovějších modelů K-Jetronic řídicí jednotka motoru vypočítala průtok vzduchu a na základě hodnoty odporu určila zásobu paliva. Přítomnost pružiny umožnila vrátit klapku do původní polohy při poklesu intenzity proudění – tzn. uzavřením plynu.

Návrh MAP

Snímač MAP (zkratka pro Manifold Absolute Pressuresensor) je určen k měření tlaku v dutině sacího potrubí a je nezbytný pro řízení motoru a seřízení časování zapalování. Prvek se skládá ze dvou komor s pohyblivou membránou, jejíž posunutí se při změně tlaku zaznamenává a převádí na elektrický impuls. Snímač je umístěn v rozdělovači nebo samostatně, ve druhém případě vedou hadice do rozdělovače. MAP se u moderních motorů prakticky nepoužívá.

Snímač nepřetržitě detekuje podtlak v rozdělovači, který je maximální při nízkém úhlu otevření škrticí klapky. Řídicí jednotka v tomto případě nastaví minimální zásobu paliva. Při prudkém otevření škrticí klapky senzor zaznamená zvýšení tlaku a řídicí jednotka motoru upraví přívod paliva směrem nahoru. Zároveň se při obohacování směsi upraví časování zapalování. Snímač MAP tedy nemůže žádným způsobem vypočítat přívod vzduchu, určí pouze stupeň vakua v rozdělovači.

Problémy

Oba snímače mohou časem selhat, zvláště často se porouchá závit MAP – citlivé prvky se pokrývají vrstvou nečistot. V případě poruchy nastávají problémy se startováním a provozem motoru. Čištění citlivého prvku je obtížné a ne vždy dává pozitivní výsledek, takže vadné snímače MAP a MAF musí být nahrazeny výběrem náhradních dílů podle motoru a modelu vozidla.

Závěr

Senzory MAF a MAP měří různé parametry a nemohou se vzájemně nahradit. Pro provoz vstřikovacího systému jsou potřebné prvky, ale tím hlavním je průtokoměr vzduchu MAF. Pokud dojde k jeho poruše, motor přejde do nouzového režimu provozu s omezeným výkonem a poklesem účinnosti.