Tuning
MAF vs MAP
Μέτρηση Μάζας Αέρα vs Απόλυτη Πίεση Αέρα

Μετρητής Μάζας Αέρα ή MAF (Mass Air Flow)

Μια από τις πιο σημαντικές πληροφορίες εισόδου προς μία ηλεκτρονική μονάδα διαχείρισης ενός κινητήρα ή ECU (Engine/Electronic Control Unit), είναι η πληροφορία για το φορτίο του κινητήρα. Η πληροφορία αυτή ενημερώνει την ECU για το πόσο σκληρά εργάζεται ο κινητήρας την δεδομένη χρονική στιγμή. Έτσι, η ECU μπορεί να υπολογίσει πόσο καύσιμο και τι προπορεία σπινθήρα χρειάζεται ο κινητήρας μας για την βέλτιστη λειτουργία του. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για τον υπολογισμό του φορτίου ενός κινητήρα εσωτερικής καύσεως. Ένας από τους πιο διαδεδομένους τρόπους στα σύγχρονα οχήματα είναι η χρήση ενός αισθητήρα Μάζας Αέρα ή απλά MAF (Mass Air Flow).

Εικόνα 1. Τυπικός αισθητήρας μάζας αέρα.

Ο αισθητήρας μάζας αέρα είναι συνήθως μία κυλινδρικού σχήματος συσκευή (Εικόνα 1) που τη βρίσκουμε τοποθετημένη στην εισαγωγή αέρα του κινητήρα, πριν την πεταλούδα εισαγωγής. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αισθητήρων μάζας αέρα, αλλά όλοι τους στην τελική παράγουν ένα σήμα που είναι ανάλογο με τη μάζα του αέρα που περνά προς τον κινητήρα.
Σαν ιδέα ακούγεται τέλειο. Η ECU γνωρίζει πραγματικά και άμεσα την ποσότητα του αέρα που εισέρχεται προς τον κινητήρα, και μπορεί να ρυθμίσει με μεγάλη ακρίβεια τις υπόλοιπες παραμέτρους (καύσιμο και προπορεία σπινθήρα) για μία σωστή λειτουργία.
Σε εργοστασιακά οχήματα εφοδιασμένα με αισθητήρα μάζας αέρα αυτό λειτουργεί εξαιρετικά. Τι συμβαίνει όμως σε οχήματα που περνάνε από στάδια βελτίωσης (Tuning); Σε αυτές τις περιπτώσεις αρχίζουν και κάνουν την εμφάνιση τους κάποιοι περιορισμοί και αδυναμίες των αισθητήρων μάζας αέρα, που μπορεί να μας οδηγήσουν σε δυσεπίλυτα προβλήματα. Τέτοιοι περιορισμοί και αδυναμίες αναλύονται παρακάτω.

Μεγάλο μέγεθος.

Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του αισθητήρα μάζας ξεπερνούν (συνήθως) αυτά οποιουδήποτε άλλου αισθητήρα σε ένα όχημα. Επίσης ο αισθητήρας μάζα αέρα πρέπει να τοποθετηθεί στη διαδρομή της εισαγωγής αέρα του κινητήρα (Εικόνα 2). Αυτό σε μερικές περιπτώσεις περιορίζει την ευελιξία που έχουμε για την τοποθέτηση άλλων εξαρτημάτων βελτίωσης (για παράδειγμα Φιλτροχοάνες).

Εικόνα 2. Τοποθεσία ενός αισθητήρα μάζας.

Περιορισμός της εισαγωγής του αέρα.

Από τη στιγμή που ένας αισθητήρας μάζας αέρα, για να κάνει τη δουλειά του, είναι τοποθετημένος μεταξύ της εισόδου του αέρα και της πεταλούδας εισαγωγής προς τον κινητήρα, είναι ολοκάθαρο πως θα προκαλεί κάποιον περιορισμό στη ροή του αέρα προς τον κινητήρα. Επίσης για την προστασία του στοιχείου μέτρησης του αισθητήρα, στην είσοδο και εξόδου του αισθητήρα, υπάρχουν σίτες (Εικόνα 3) που δεν επιτρέπουν την είσοδο ξένων σωμάτων. Αυτό προκαλεί επιπλέον περιορισμό στην ροή του αέρα. Ο περιορισμός αυτός μπορεί να μην εκδηλώνεται σε όλα τα οχήματα σαν περιορισμός ιπποδύναμης, αλλά σε μερικές περιπτώσεις η αφαίρεση του αισθητήρα μάζας αέρα μπορεί να αποφέρει ένα κέρδος της τάξης των 10 μετρικών ίππων.

Εικόνα 3. Προστατευτική σήτα αισθητήρα μάζας αέρα.

Κορεσμός του αισθητήρα.

Κάθε αισθητήρας μάζας αέρα είναι σχεδιασμένος, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του κινητήρα, να μετρά μέχρι μία μέγιστη ποσότητα αέρα που περνά μέσα του. Όταν η ποσότητα αυτή ξεπεραστεί, έχουμε κορεσμό του αισθητήρα, με αποτέλεσμα η ECU να μη γνωρίζει για την επιπλέον ποσότητα αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα. Περισσότερος αέρας, λιγότερο καύσιμο οδηγεί σε φτωχό μίγμα που είναι δύσκολο να ρυθμιστεί σε κανονικά επίπεδα κατά την διαδικασία του tuning.
Για να είμαστε 100% δίκαιοι όμως, πρέπει να αναφέρουμε πως το παραπάνω πρόβλημα ΔΕΝ επηρεάζει βελτιώσεις που έχουν να κάνουν με την μέτρια αύξηση της ιπποδύναμης.

Αναστροφή Αέρα.

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αφορούν την χρήση αισθητήρα μάζας αέρα παρουσιάζονται όταν κατά την βελτίωση του κινητήρα προσαρμόζουμε μεγαλύτερους εκκεντροφόρους. Με έναν μεγαλύτερο εκκεντροφόρο, στο ρελαντί, ο κινητήρας μπορεί να γουργουρίζει σαν ευτυχισμένη γάτα και όλοι να ξέρουν πως είναι έτοιμος να δείξει τα νύχια του. Αυτό το ωραίο «γουργουρητό» όμως προκαλεί κύματα αέρα προς τα πίσω, από τον κινητήρα προς την εισαγωγή, μέσα από τον αισθητήρα μάζας αέρα.
Ο αισθητήρας μάζας αέρα δεν είναι σε θέση να διακρίνει από ποια κατεύθυνση ρέει ο αέρας. Όταν δημιουργείται το ανάστροφο κύμα αέρα, ο αισθητήρας μάζας απλά την καταγράφει σαν αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα. Κάτι τέτοιο όμως δεν ισχύει. Η ECU πλέον λαμβάνει πληροφορίες από τον αισθητήρα μάζας αέρα για ποσότητα αέρα που δεν υπάρχει. Κατά συνέπεια το μίγμα γίνεται πολύ πλούσιο, με χαμηλή ποιότητα ρελαντί και κακή οδηγική συμπεριφορά του κινητήρα. Όλα τα παραπάνω καθιστούν το tuning σε έναν τέτοιο κινητήρα μία επώδυνη διαδικασία.
Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και σε υπετροφοδοτούμενους κινητήρες με ανοικτού τύπου βαλβίδας εκτόνωσης (σκάστρα). Κατά το απότομο κλείσιμο της πεταλούδας εισαγωγής, υπάρχει μία μεγάλη ποσότητα αέρα, σε υψηλή πίεση, που δεν έχει που να πάει. Εκείνη την στιγμή ανοίγει η βαλβίδα εκτόνωσης, και ο αέρας που έχει μετρηθεί από τον αισθητήρα μάζας εξέρχεται προς το περιβάλλον. Ταυτόχρονα παράγεται ο πολυπόθητος ήχος που κάνει πολλούς να ανατριχιάσουν. Η ECU αγνοεί πως ο αέρας δεν μπήκε στον κινητήρα και το μίγμα γίνεται απότομα πολύ πλούσιο, με τα αποτελέσματα που αναφέραμε παραπάνω.

Αισθητήρας Απόλυτης πίεσης.

Ο αισθητήρας μάζας αέρα δεν είναι ο μόνος τρόπος για τον υπολογισμό του φορτίου του κινητήρα. Μία συνηθισμένη εναλλακτική λύση είναι ο αισθητήρας απόλυτης πίεσης ή MAP (Absolute Manifold Pressure). Ο αισθητήρας απόλυτης πίεσης μετρά την πίεση ή την υποπίεση (κενό) στην εισαγωγή αέρα. Η ποσότητα (μάζα) αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα μπορεί να υπολογιστεί. Η πίεση ή υποπίεση έχουν άμεση σχέση με την ταχύτητα ενός ρευστού (στην προκειμένη τον ατμοσφαιρικό αέρα). Γνωρίζοντας και την πυκνότητα του αέρα, χρησιμοποιώντας την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων, μπορούμε να υπολογίσουμε τη μάζα του αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα.
Η μέθοδος αυτή ονομάζεται στην Αγγλική ορολογία Speed Density (Ταχύτητα Πυκνότητα).
Με την παραπάνω μέθοδο δεν μετράμε απευθείας τη μάζα αέρα όμως. Σε μερικές περιπτώσεις η μέθοδος αυτή μπορεί να δώσει λιγότερο ακριβή αποτέλεσμα από αυτά που θα είχαμε με έναν αισθητήρα μάζας αέρα. Αλλά…

• Ο αισθητήρας απόλυτης πίεσης είναι πολύ μικρός σε μέγεθος και απλά συνδέεται (συνήθως με ένα σωληνάκι) στην εισαγωγή, πίσω από την πεταλούδα.
• Δεν παρεμποδίζει καθόλου την ροή του αέρα.
• Δεν επηρεάζεται από αναστροφή αέρα ή από το άνοιγμα της βαλβίδας εκτόνωσης σε υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες.
• Ο κορεσμός του σε ατμοσφαιρικούς κινητήρες είναι σχεδόν αδύνατος, ενώ σε υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες η επιλογή ενός που μετρά υψηλότερες τιμές είναι πολύ απλή υπόθεση.

Εικόνα 4. Αισθητήρας απόλυτης πίεσης (δεξιά) δίπλα σε έναν αισθητήρα μάζας.

Και για να έχουμε την συνείδησή μας ήσυχη, πρέπει να αναφέρουμε πως σε βελτιωμένους κινητήρες με ακραίο προφίλ εκκεντροφόρων, στις χαμηλές στροφές, η υποπίεση στην εισαγωγή μπορεί να μην είναι αρκετά μεγάλη για να διεγείρει με σωστό τρόπο τον αισθητήρα απόλυτης πίεσης. Έτσι η ECU δεν λαμβάνει αληθή σήματα για την ποσότητα αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα.

Λοιπόν… Τι επιλέγουμε;

Η αλήθεια είναι πως για τυπικές βελτιώσεις των 20~30 (ίσως και περισσότερων) ίππων δεν θα χρειαστεί (συνήθως) να μας απασχολήσει σε μεγάλο βαθμό ο τρόπος υπολογισμού του φορτίου από την ECU.
Από εκεί και πέρα δεν είναι καθόλου τυχαίο πως η συντριπτική πλειοψηφία των ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου (ECU), μετέπειτα τοποθέτησης (After Market) συνοδεύονται από αισθητήρα απόλυτης πίεσης (MAP).

Αρθρογράφος: Αλέξανδρος Καλτσάς.
Ο Αλέξανδρος Καλτσάς είναι Τεχνολόγος Εκπαιδευτικός, Ηλεκτρονικός Μηχανικός.
Εργάζεται σαν εκπαιδευτικός στο ΙΕΚ ΔΕΛΤΑ στους τομείς Αυτοματισμών και Μηχανοτρονικής.
“Από κούνιας” λάτρευε τον κόσμο της ηλεκτρονικής. Μεγαλώνοντας αγάπησε και την εκπαίδευση.
https://alexkaltsas.wordpress.com

Σπούδασε Μηχανικός Αυτοκινήτων στο ΙΕΚ ΔΕΛΤΑ