Szkolenia techniczne

Zeszyt do samodzielnego kształcenia nr 358

Przepływomierz powietrza z gorącą
warstwą HFM 6

Budowa i zasada działania

2

Zeszyt do samodzielnego kształcenia
przedstawia budowę i zasadę działania nowego
rozwiązania technicznego!
Jego treść nie jest później aktualizowana.

Aktualne informacje na temat diagnozy, regulacji
i naprawy prosimy zaczerpnąć z właściwej
literatury serwisowej!

Ciągłe zaostrzanie norm i przepisów określających
skład spalin powoduje konieczność stosowania
elementów o coraz większej dokładności pomiaru.
Dlatego w układzie sterowania silnika pojawiła się
nowa generacja przepływomierzy powietrza z gorącą
warstwą.

Aby silnik spełniał obecne normy, nie wystarczy samo
oczyszczanie spalin w układzie wydechowym.
Konieczne jest takie sterowanie przebiegiem spalania,
aby szkodliwych składników spalin powstawało jak
najmniej.

Ponadto nowoczesne silniki mają coraz większą moc,
przy równoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa.

Do spełnienia tych wszystkich wymagań konieczne
jest zastosowanie różnych rozwiązań technicznych,
m.in. wprowadzenie dokładniejszego pomiaru
powietrza zasysanego przez silnik.

Ten zeszyt pozwala zapoznać się z podstawami
pomiaru zasysanego powietrza oraz ze sposobem
działania przepływomierza z gorącą warstwą HFM 6.

S358_019

NOWOŚĆ

Uwaga
Wskazówka

3

Podstawy pomiaru zasysanego powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Temperatura i ciśnienie powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Wpływ temperatury i ciśnienia powietrza na jego masę . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Podstawy przebiegu spalania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

Skład mieszanki paliwowo-powietrznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Normy czystości spalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Przepływomierz powietrza z gorącą warstwą HFM 6 . . . . . . . . . . . . . . . . .8

Zadanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Lokalizacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Budowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Element pomiarowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Budowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Kanał obejściowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Zasada pomiaru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Rozpoznawanie przepływu zwrotnego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

Przesyłanie sygnału masy powietrza do sterownika silnika . . . . . . . . . . . . . .14

Czujnik temperatury powietrza w elemencie pomiarowym . . . . . . . . . . . . . .15

Serwis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Diagnoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Sprawdźmy swoją wiedzę. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

O czym będzie mowa:

4

Podstawy pomiaru zasysanego powietrza

S358_002

Wpływ wysokości n.p.m. na ciśnienie i temperaturę powietrza

wysokość: 0 m n.p.m.

ciśnienie: 1013 hPa (1,013 bar)
temperatura: 20

°

C

wysokość: 100 m n.p.m.

ciśnienie: 1001 hPa (1,001 bar)
temperatura: 19,35

°

C

wysokość: 500 m n.p.m.

ciśnienie: 954 hPa (0,954 bar)
temperatura: 16,75

°

C

wysokość: 1000 m n.p.m.

ciśnienie: 898 hPa (0,898 bar)
temperatura: 13,5

°

C

Przykład:

Temperatura i ciśnienie powietrza

Wiele osób słysząc słowo „powietrze” myśli od razu
o medium, które nas wszystkich otacza. A więc
o powietrzu pod normalnym ciśnieniem
atmosferycznym i o przyjemnej temperaturze.
Jednak jak wiemy, temperatura i ciśnienie powietrza
ulegają ciągłym zmianom.

W różnych miejscach kuli ziemskiej może panować
ekstremalnie odmienne ciśnienie i temperatura.
Ciśnienie i temperatura spadają wraz ze wzrostem
wysokości nad poziomem morza.

5

Jeżeli popatrzymy na stałą objętość powietrza, to
zauważymy, że masa powietrza w tej objętości
zmienia się zależnie od ciśnienia i temperatury.

Niższe ciśnienie, wysoka temperatura

W cylindrycznym zbiorniku o powierzchni podstawy
1 m

2

i wysokości 1 m znajduje się 1 m

3

powietrza.

Ciśnienie powietrza jest niskie, a jego temperatura
wysoka.
Niskie ciśnienie i wysoka temperatura dają małą
gęstość powietrza.
W zbiorniku znajduje się mała masa powietrza.

Wyższe ciśnienie, niska temperatura

W zbiorniku tej samej wielkości znajduje się powietrze
pod wysokim ciśnieniem i o niskiej temperaturze.
Wysokie ciśnienie i niska temperatura dają wyraźnie
większą gęstość powietrza.
W zbiorniku jest znacznie większa ilość powietrza.
Masa powietrza w zbiorniku jest wyraźnie większa.

S358_003

S358_004

Wpływ temperatury i ciśnienia powietrza na jego masę

6

Skład mieszanki paliwowo-powietrznej

Podstawy przebiegu spalania

Do optymalnego spalenia 1 kg paliwa potrzeba
14,7 kg powietrza. Ten stosunek paliwa do powietrza
jest nazywany w technice stosunkiem
stechiometrycznym.

Aby sterownik silnika mógł w każdej chwili ustawić
prawidłowy stosunek paliwa do powietrza,
potrzebuje dokładnej informacji o ilości powietrza
zasysanego przez silnik.

Podczas pracy silnika z wykorzystaniem mieszanki
stechiometrycznej współczynnik lambda wynosi 1.
Tylko w przypadku spalania mieszanki
stechiometrycznej katalizator może zneutralizować
prawie wszystkie powstałe szkodliwe składniki spalin.

Bogata mieszanka paliwowo-powietrzna

W przypadku spalania bogatej mieszanki
(lambda < 1) spaliny zawierają zbyt dużo tlenku
węgla (CO) i niespalonych węglowodorów (HC).

Uboga mieszanka paliwowo-powietrzna

Spalanie ubogiej mieszanki (lambda > 1) powoduje
powstawanie zbyt dużej ilości tlenków azotu (NO

X

).

Dokładny pomiar masy zasysanego powietrza
pozwala na utrzymanie składu mieszanki na
poziomie stechiometrycznym (lambda = 1), a więc na
wyeliminowanie lub zmniejszenie ilości szkodliwych
składników spalin.

S358_005

14,7 kg powietrza

1 kg paliwa

CO
NO

x

HC

CO

2

N
H

2

O

Droga powietrza

Droga paliwa

filtr powietrza

przepływomierz
powietrza

zbiornik paliwa

spaliny

przed

za

katalizatorem

katalizator

14,7 kg powietrza

Przykład:

14,7 kg powietrza

Przykład:

1,2 kg paliwa

0,8 kg paliwa

7

* samochody z bezpośrednim wtryskiem paliwa
** wartości wg obecnych zapowiedzi
Symbole chemiczne wyjaśniono na str. 19.

* samochody z bezpośrednim wtryskiem paliwa
** wartości wg obecnych zapowiedzi
Symbole chemiczne wyjaśniono na str. 19.

Norma

Euro 1

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 5**

Obow.
od

01.07.92

01.01.96

01.01.00

01.01.05

01.09.09

CO

3160

2200

2300

1000

1000

HC +
NOx

1130

500

NOx

150

80

60

HC

200

100

100

PM

5*

5*

Norma

Euro 1

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 5**

Obow.
od

01.07.92

01.01.96

01.01.00

01.01.05

01.09.09

CO

3160

1000

640

500

500

HC +
NOx

1130

700/
900*

560

300

230

NOx

500

250

180

PM

180

80/100*

50

25

5

Silniki benzynowe

Silniki wysokoprężne

S358_010

S358_011

mg/km

mg/km

Normy czystości spalin

Przepływomierz powietrza z gorącą warstwą daje
wynik pomiaru o dużo większej dokładności. Dzięki
temu silniki mogą spełniać coraz ostrzejsze normy
czystości spalin, obowiązujące w Europie i w Stanach
Zjednoczonych.

Dokładny pomiar ilości powietrza pozwala na
optymalne dawkowanie paliwa, co ułatwia
oczyszczanie spalin przez katalizator.

od 1992 również EWG stopień 2 (Europejska Wspólnota Gospodarcza)

Opis

od 1996 również EG stopień 2 (Europäische Gemeinschaft = Wspólnota Europejska)

od 2000

od 2005

Zaostrzanie przepisów o czystości spalin na przykładzie Europy

od 2009

8

Przepływomierz powietrza z gorącą warstwą HFM 6

S358_016

W silnikach benzynowych sygnał jest wykorzystywany
do sterowania wszystkimi funkcjami, zależnymi od
obciążenia silnika.

Funkcje i wielkości zależne od obciążenia silnika to:

- kąt wyprzedzenia zapłonu,
- czas wtrysku,
- dawka paliwa,
- sterowanie układem odprowadzania par paliwa.

W silnikach wysokoprężnych sygnał służy do
sterowania:

- recyrkulacją spalin,
- czasem wtrysku.

Lokalizacja

Przepływomierz powietrza znajduje się w układzie
dolotowym silnika, pomiędzy filtrem powietrza
a przepustnicą.

przepływomierz

Taki przepływomierz mają już następujące silniki:

- silnik 3,2 l V6 FSI,
- silnik 3,6 l V6 FSI,
- silnik 2,5 l R5 TDI.

układ dolotowy

filtr powietrza

Zadanie

Przepływomierz powietrza z gorącą warstwą HFM 6 służy do pomiaru masy zasysanego powietrza. Sygnał
przepływomierza dostarcza sterownikowi silnika dokładnej informacji o masie powietrza, która trafia do silnika.

9

S358_006

strumień częściowy

Budowa

Przepływomierz powietrza z gorącą warstwą HFM 6
składa się z:

●

rury pomiarowej oraz

●

układu elektronicznego z elementem pomiarowym
(czyli właściwym czujnikiem).

Przepływomierz mierzy tylko część strumienia
powietrza, płynącą przez kanał pomiarowy (tzw.
strumień częściowy). Dzięki specjalnej budowie
przepływomierz potrafi mierzyć strumień powietrza
płynącego do silnika oraz strumień powrotny.

siatka ochronna

Brud, opary oleju silnikowego i wilgoć, które osiadają na elemencie pomiarowym, fałszują wynik pomiaru.
Z tego względu podczas konstruowania rury pomiarowej i siatki ochronnej położono szczególny nacisk na
zabezpieczenie elementu pomiarowego przed zanieczyszczeniami.

zassane powietrze

rura pomiarowa

układ elektroniczny

element pomiarowy

10

Element pomiarowy

S358_001

układ elektroniczny

element pomiarowy

Budowa

Nowy przepływomierz jest przepływomierzem
termicznym – tak samo, jak jego poprzednie modele.

Podstawowe części przepływomierza to:

- mikromechaniczny element pomiarowy

z rozpoznaniem strumienia zwrotnego
i z czujnikiem temperatury powietrza;

- układ elektroniczny, w którym odbywa się

cyfrowa obróbka sygnału;

- interfejs cyfrowy.

Istotną nowością jest zastosowanie interfejsu
cyfrowego, dzięki któremu ocena sygnału
w sterowniku jest dokładniejsza i bardziej stabilna.

Cyfrowa obróbka sygnału

Inaczej niż poprzednie modele przepływomierzy, HFM 6 przesyła do sterownika silnika sygnał cyfrowy. Dotychczas
do sterownika docierał sygnał analogowy, który wraz z upływem czasu (starzeniem elementów) był coraz mocniej
fałszowany przez pojawiające się oporności w złączach elektrycznych.

interfejs cyfrowy

11

Kanał obejściowy

W kanale obejściowym poprawiono przepływ
powietrza w stosunku do przepływomierza HFM 5.
Strumień częściowy, wykorzystywany do pomiaru
masy powietrza, jest zasysany do kanału
obejściowego za krawędzią odchylającą.

Stabilność czujnika

Za pomocą klejenia i uszczelnienia całkowicie
oddzielono element pomiarowy od układu
elektronicznego. Ponadto wzmocniono materiał
elementu pomiarowego. Dzięki tym zabiegom
uzyskano większą trwałość czujnika.

Zasada działania

Kształt krawędzi odchylającej sprawia, że powstaje
za nią podciśnienie. Podciśnienie zasysa część
strumienia powietrza do kanału obejściowego. Ta
część – tzw. strumień częściowy – jest wykorzystywana
do pomiaru masy powietrza. Cząstki brudu mają
większą bezwładność i nie mogą tak gwałtownie
zmienić kierunku ruchu. Z tego powodu zostają
wyrzucone ze strumienia częściowego i kanałem
oddzielającym trafiają ponownie do głównego
strumienia powietrza. Dzięki takiemu rozwiązaniu
zanieczyszczenia nie zabrudzają elementu
pomiarowego i nie uszkadzają go.

S358_008

S358_013

element pomiarowy

układ elektroniczny

krawędź odchylająca

S358_012

kanał oddzielający

kanał obejściowy

uszczelka

krawędź odchylająca

12

Element pomiarowy

Zasada działania

Opornik grzejny nagrzewa środkową części elementu
pomiarowego do temperatury o 120°C wyższej od
temperatury zasysanego powietrza.

Przykład:

temperatura powietrza 30°C
opornik grzejny nagrzany do 120°C
zmierzona temperatura 120°C + 30°C = 150°C

Im dalej od opornika grzejnego a bliżej krawędzi, tym
niższa jest temperatura elementu pomiarowego.

Przykład pomiaru:

Na podstawie różnicy temperatury pomiędzy
termistorami R1 i R2 układ elektroniczny wylicza masę
zasysanego powietrza oraz kierunek przepływu
strumienia.

Temperatura powietrza:

30

°

C

Temperatura na
krawędzi elementu:

30

°

C

Opornik grzejny:

150

°

C

Temperatura R1 i R2 bez przepływu
powietrza:

90

°

C

Temperatura R1
z przepływem powietrza:

50

°

C

Temperatura R2
z przepływem powietrza:

pozostaje ok. 90

°

C

S358_007

Zasada pomiaru

Obok układu elektronicznego znajduje się element
pomiarowy.
Element pomiarowy jest omywany przez strumień
częściowy, płynący kanałem obejściowym.

Na elemencie pomiarowym znajdują się:

- jeden opornik grzejny,
- dwa termistory R1 i R2 (oporniki, których oporność

zależy od temperatury),

- czujnik temperatury zasysanego powietrza.

element pomiarowy

opornik grzejny

termistor R2

termistor R1

zasysane powietrze

element pomiarowy

czujnik temperatury powietrza

13

Zasada działania

Cofające się powietrze trafia na element pomiarowy
i przepływa najpierw obok termistora R2, potem obok
opornika grzejnego i na koniec obok termistora R1.

Przykład:

Na podstawie różnicy temperatury pomiędzy
termistorami R1 i R2 układ elektroniczny wylicza masę
cofającego się powietrza oraz kierunek przepływu
strumienia.

temperatura powietrza:

30

°

C

opornik grzejny:

150

°

C

temperatura R2:

50

°

C

temperatura R1:

90

°

C

Rozpoznawanie przepływu zwrotnego

Gdy zawory dolotowe są zamknięte, zasysane
powietrze odbija się od nich i przepływa z powrotem
przez przepływomierz. Jeżeli nie zostałoby ono
rozpoznane jako przepływ zwrotny, fałszowałoby
wynik pomiaru.

S358_017

termistor R2

termistor R1

gorący strumień zwrotny

opornik grzejny

element pomiarowy

14

Przepływomierz przesyła do sterownika silnika
cyfrowy sygnał masy powietrza. Informacja jest
zakodowana w częstotliwości sygnału. Na podstawie
długości okresu sygnału sterownik rozpoznaje masę
zasysanego powietrza.

Zaleta

Informacje przesyłane cyfrowo są mniej wrażliwe
na zakłócenie, niż przesyłane analogowo.

Element pomiarowy

Przesyłanie sygnału masy powietrza do sterownika silnika

S358_018

Sygnał o modulowanej częstotliwości

krótki okres: duża masa powietrza

długi okres: mała masa powietrza

Zastosowanie sygnału

Silniki benzynowe

Informacja o masie zasysanego powietrza jest
potrzebna do sterowania wszystkimi funkcjami
zależnymi od obciążenia silnika.

Silniki wysokoprężne

Zmierzona wartość jest potrzebna do wyliczenia
dawki paliwa i do sterowania układem recyrkulacji
spalin.

Skutki uszkodzenia

Silniki benzynowe i wysokoprężne

W razie uszkodzenia przepływomierza sterownik
wykorzystuje zastępczy model matematyczny,
przygotowany na taką okoliczność.

napięcie

czas

15

Czujnik temperatury powietrza znajduje się
w elemencie pomiarowym. Mierzy on temperaturę
powietrza zasysanego przez silnik.

Zastosowanie sygnału

Sygnał czujnika temperatury powietrza służy do
oceny temperatury wewnątrz przepływomierza.

Wskazówki

Do pomiaru temperatury powietrza zasysanego przez
silnik służy sterownikowi osobny czujnik – czujnik
temperatury dolotu.

W silnikach 3,2 l V6 FSI i 3,6 l V6 FSI jest to czujnik
temperatury dolotu G42.

W silniku 2,5 l R5 TDI do pomiaru temperatury
zasysanego powietrza służy czujnik temperatury
dolotu G42, umieszczony we wspólnej obudowie
z czujnikiem ciśnienia doładowania G31.

S358_009

czujnik temperatury powietrza

Czujnik temperatury powietrza w elemencie pomiarowym

16

Diagnoza

Pamięć błędów

Działanie przepływomierza powietrza jest
nadzorowane przez sterownik silnika J623.

Gdy podczas pracy przepływomierza wystąpi
usterka, w pamięci sterownika zostanie zapisany
błąd.

Serwis

S358_014

Poszukiwanie usterek

Zawartość pamięci błędów

01 - Układ wtryskowy i zapłonowy Motronic
1 rozpoznano usterek

16486 P0102002
przepływomierz powietrza -G70
Sygnał za mały

Warunki

otoczenia

Standard

Kilometry

Statyczny/

sporadyczny

Czas

Sortowanie

Tryb pracy

Przejście

Drukuj

17

Plan sprawdzania

Odpowiednio do zapisanego błędu tester dobiera
plan sprawdzania. W tym planie są opisane kolejne
kroki diagnozowania przepływomierza.

S358_015

Poszukiwanie usterek

Plan sprawdzania

Tryb pracy

Przejście

Drukuj

Elektronika silnika - (16486) przepływomierz powietrza G70
Sygnał za mały

Przepływomierz powietrza jest bezobsługowy.
Sposób usunięcia ewentualnych zakłóceń jest podany
w Poszukiwaniu usterek.

- G70 przepływomierz powietrza

18

Sprawdźmy swoją wiedzę:

1.

Która wypowiedź na temat gęstości powietrza jest prawdziwa?

a) Mała gęstość powietrza odpowiada małej masie powietrza.

b) Duża gęstość powietrza odpowiada dużej masie powietrza.

c) Mała gęstość powietrza odpowiada dużej masie powietrza.

d) Gęstość i masa powietrza są od siebie niezależne.

2.

Która wypowiedź jest prawidłowa?

Do optymalnego spalenia 1 kg paliwa silnik spalinowy potrzebuje

a) 1 kg powietrza

b) 7,4 kg powietrza

c) 14,7 kg powietrza

d) 17,4 kg powietrza

3.

Proszę nazwać poszczególne elementy

S358_006

a)

b)

c)

d)

19

4.

Proszę nazwać poszczególne elementy

5.

Które elementy pozwalają przepływomierzowi rozpoznać przepływ zwrotny powietrza?

 a) termistor R2

 b) opornik grzejny



c) czujnik temperatury dolotu G42

 d) termistor R1

Glosariusz

Wyjaśnienie symboli chemicznych

- CO

tlenek węgla

- HC

węglowodory

- NOx

tlenki azotu

- PM

cząstki stałe

Rozwiązania:

1 a, b; 2 c; 3 a:

element pomiaro

wy,

b: częściowy strumi

eń powietrza

c: rura

pomiar

ow

a d: zasysane po

wietrze;

4 a: termist

or R1

, b: el

ement pomiar

ow

y, c: term

isto

r R1, d: opornik grzejn

y

e: czujnik

temper

atury po

wietrza; 5 a,

d

S358_009

b)

a)

c)

d)

e)

© VOLKSWAGEN AG, Wolfsburg
Wszelkie prawa zastrzeżone. Zmiany zastrzeżone.
Stan techniczny 02.2007

Volkswagen AG
Service Training VSQ-1
Brieffach 1995
38436 Wolfsburg

358