تعمل أجهزة استشعار MAF عالية الدقة عن طريق قياس تدفق الهواء من خلال أسلاك أو أغشية مسخنة، والتي تبرد عندما يمر الهواء عبرها في نظام السحب. وعند تغير درجة الحرارة، تُنتج هذه الأجهزة إشارة جهد يتم تحديثها حوالي 150 إلى 300 مرة في الثانية. ويقوم وحدة التحكم بالمحرك بقراءة هذه المعلومات لتحديد الكمية الدقيقة للهواء الداخل إلى المحرك في كل لحظة. تعتمد المركبات الحديثة على دمج بيانات مستشعر MAF مع إشارات من مستشعرات الأكسجين ومستشعرات موقع الصمام الخانق لإنشاء صورة دقيقة نسبيًا لما يحدث داخل غرفة الاحتراق. كما تُعد هذه المستشعرات موثوقة إلى حد كبير، حيث تبقى دقتها ضمن نطاق ±2% معظم الوقت. وتُحدث هذه الدقة الفارق الكبير في ضخ الكمية المناسبة من الوقود إلى الأسطوانات وفي توقيت شرارات الإشعال بدقة لتحقيق الأداء الأمثل.
تستمد وحدة التحكم في المحرك معلومات من مستشعر تدفق الهواء الكتلي للاستفادة من خرائط الوقود المحددة مسبقًا من قبل المصنع، ثم تقوم بتعديل مدة بقاء الحقن مفتوحة وتوقيت حدوث الشرارات. يتيح هذا الإعداد إجراء تعديلات على خليط الهواء والوقود خلال بضع ميلي ثانية فقط عند حدوث تغيرات مفاجئة، مثل فترات التسارع السريع. عادةً ما تفشل الأنظمة التي تعتمد فقط على قياسات ضغط المجمع في التقاط هذه التغيرات السريعة. أظهرت اختبارات عملية أجريت عام 2023 أن المحركات المزودة باستشعار دقيق للتدفق الجوي شهدت انخفاضًا بنسبة 27 بالمئة تقريبًا في حالات الاشتعال غير الناجحة مقارنة بالإعدادات التي تعتمد فقط على مستشعر ضغط المجمع (MAP). إن الحصول على قراءات دقيقة لتدفق الهواء أمر بالغ الأهمية للحفاظ على احتراق مستقر، وهو ما يكتسب أهمية خاصة في المحركات المزودة بشواحن توربينية حيث يكون التوقيت عاملاً حاسمًا.
تظل أفضل مستشعرات MAF ضمن نطاق دقة يبلغ حوالي 1.5٪، حتى عند مواجهة تغيرات السرعة المفاجئة التي تصل إلى 500 لفة في الدقيقة لكل ثانية، وهي مواصفة تتماشى مع متطلبات المعيار SAE J2714. كما تُرسل هذه المستشعرات إشاراتها التي تتراوح بين 0 و5 فولت كل 3 ملي ثانية تقريبًا، وبالتالي فهي تستجيب بسرعة كبيرة للتغيرات المفاجئة في الحمل. ويساعد هذا الاستجابة السريعة في تجنب الظروف الخطرة الناتجة عن خليط الوقود الفقير والتي قد تؤدي إلى حدوث طقطقة أو صوت احتكاك في المحركات ذات نسب الضغط العالية. وبالنسبة للأنظمة المزودة بشواحن توربو أو شواحن هواء، فإن استجابة هذا النوع من المستشعرات تُحدث فرقًا حقيقيًا. إذ يبقى ضغط الشحن أكثر استقرارًا في المناطق الجبلية حيث تنخفض مستويات الأكسجين. وعلى ارتفاع حوالي 8000 قدم، تساعد هذه المستشعرات المتطورة في الحفاظ على أداء قوي ومستقر بالمقارنة مع النماذج القديمة، مما يجعلها تعمل بشكل أفضل في مختلف ظروف القيادة، من مستويات سطح البحر وحتى الطرق المرتفعة.
تتيح مستشعرات MAF عالية الدقة التوازن الكيميائي المكافئ (14.7:1) عن طريق قياس تدفق هواء السحب بدقة ±1.25%، وفقًا لعام 2023 مجلة الأنظمة السيارات . يسمح هذا لوحدات التحكم الإلكترونية (ECU) بتعديل حقن الوقود في فترات زمنية مدتها ملي ثانيتين، مما يلغي انخفاض كفاءة الاحتراق بنسبة 12–18% الذي يُلاحظ في الأنظمة ذات المستشعرات غير الدقيقة بسبب الظروف الفقيرة أو الغنية المستمرة.
عندما تعمل أجهزة استشعار MAF بشكل صحيح، فإنها تمنع تجمع الوقود وعدم تبخره بالكامل داخل غرفة احتراق المحرك. وهذا يعزز الكفاءة الحرارية بنسبة تتراوح بين 5 إلى 8 في المئة مقارنةً بالحالة التي تبدأ فيها هذه الأجهزة بالفشل. وفقًا لأبحاث عُرضت في ندوة الطاقة النظيفة العام الماضي، فإن المحركات التي تحافظ على توازن جيد بين الهواء والوقود تشهد زيادة تبلغ حوالي 3.7٪ في عزم الدوران النوعي الفرعي. وفي الوقت نفسه، تنخفض الانبعاثات الضارة من الهيدروكربونات بنسبة تقارب 22٪. تُظهر هذه الأرقام تحسينات حقيقية من حيث كفاءة أداء المحركات والامتثال للوائح البيئية الصارمة.
بينما تدعم النسب المكافئة انبعاثات الكفاءة، تستفيد محركات السحب القسري من التخصيب المؤقت (12.5:1 إلى 13:1) أثناء أقصى دفع لقمع الانفجار. وكما هو موضح في دراسات هندسة الأداء، فإن هذا الانحراف الاستراتيجي يحسّن الكفاءة الحجمية بنسبة 9–14٪ في التطبيقات المزودة بشواحن توربينية دون التسبب في تسريع تآكل الحفاز، بشرط أن يكون التخصيب محدودًا زمنيًا ومتحكمًا به جيدًا.
تُظهر نتائج جمعية مهندسي السيارات الدولية (SAE International) من العام الماضي أن المركبات المزودة بمستشعرات MAF المتقدمة هذه تحقق استهلاكًا أفضل للوقود بنسبة تتراوح بين 3 إلى 5 بالمئة. ما السبب؟ هذه المستشعرات تقوم بقياس تدفق الهواء بدقة استثنائية، حيث تظل ضمن هامش ±1 بالمئة من القيم الفعلية. وما معنى ذلك عمليًا؟ يمكن لحقن الوقود توصيل الكمية المناسبة تمامًا بزيادات دقيقة جدًا تصل إلى 0.01 مللي ثانية. أما المستشعرات القياسية، فغالبًا ما تخطئ في قياس نسبة الهواء إلى الوقود بنسبة تتراوح بين 8 و12 بالمئة. ولا ننسَ أيضًا الانبعاثات. أثناء عمليات التشغيل الباردة الصعبة، تُنتج المحركات المزودة بهذه المستشعرات المطورة ما يصل إلى 300 جزءًا في المليون أقل من الهيدروكربونات غير المحترقة. هذا النوع من التحسن يُحدث فرقًا كبيرًا عند محاولة الامتثال للوائح البيئية الصارمة اليوم.
تحتفل مستشعرات تدفق الهواء الجماعي (MAF) بنسبة 15–22٪ (تقرير بوش للسيارات 2024)، مما يدفع وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) إلى حقن كمية زائدة من الوقود. إن تنظيف المستشعر ومعايرته وفقًا للتوصيات الصادرة عن الشركة المصنعة يستعيد دقة القياس ويمنع ما يلي:
يضمن هذا الصيانة بقاء تشغيل المحرك ضمن هامش ±2٪ من النسبة الكيميائية المستهدفة، مما يدعم المعايير البيئية والموثوقية على المدى الطويل.
تحافظ مستشعرات تدفق الهواء الجماعي عالية الدقة على دقّتها من خلال التعويض النشط للظروف المحيطة:
يتغير كثافة الهواء بشكل ملحوظ حسب ظروف درجة الحرارة. في الواقع، يحتوي الهواء البارد على كمية أكبر من الأكسجين في كل متر مكعب مقارنةً بالكتل الهوائية الأكثر دفئًا. وعندما تصل الرطوبة إلى حوالي 90٪، يكون هناك ما يكفي من بخار الماء لدفع بعض جزيئات الأكسجين خارج الخليط، مما قد يقلل من كفاءة الاحتراق بنسبة تتراوح بين 2 إلى 3 بالمئة وفقًا لأبحاث نُشرت من قبل جمعية مهندسي السيارات (SAE) في أوراقها الفنية العام الماضي. كما أن الضغط الجوي يؤثر على القياسات خلال اليوم لأنه يتقلب ضمن نطاق يبلغ حوالي زائد أو ناقص 5 كيلوباسكال. وبالمثل، عند نقل المعدات إلى ارتفاعات أعلى أو أقل، يمكن أن تؤدي هذه التغيرات إلى اختلال قراءات تدفق الهواء بنحو 2 إلى 4 نقاط مئوية ما لم يتم التعديل لها بشكل مناسب، ويؤثر هذا بدوره على دقة التحكم في خليط الوقود أثناء التشغيل.
تحتوي أجهزة استشعار تدفق الهواء الجماعي الحديثة عادةً على مقاومات حرارية من نوع MEMS بالإضافة إلى مستشعرات الضغط الجوي التي تراقب باستمرار الظروف البيئية. ويُطبّق النظام قوانين الغاز الأساسية مثل PV = nRT في الخلفية، مما يسمح للبرمجيات المضمنة بتعديل قياسات تدفق الهواء مع تغير الظروف. بل إن بعض الإصدارات المتقدمة تحتوي على تحسينات تعتمد على الشبكات العصبية التي تساعد في ضبط الأداء بدقة عندما تتغير درجات الحرارة بسرعة كبيرة، مثلاً أكثر من درجتين مئويتين في الثانية. وفي اللحظات التي يتوقف فيها المحرك عن العمل، تقوم هذه المستشعرات تلقائيًا بإجراء فحوصات معايرة ذاتية. وتُعيد هذه العملية تعيين نقاط مرجعية مهمة لمواجهة مشكلة الانحراف، مما يساعد في الحفاظ على دقة تبلغ حوالي 1.5 بالمئة سواء كانت درجة الحرارة شديدة البرودة عند ناقص 40 درجة أو شديدة السخونة حتى 125 درجة مئوية.
تحسّن مستشعرات MAF ذات الجودة الأعلى من سرعة قياس تدفق الهواء، حيث تقلل الوقت اللازم لذلك بمقدار يتراوح بين 30 إلى 50 جزءًا من ألف الثانية مقارنةً بالمستشعرات القياسية. ما معنى ذلك بالنسبة للأداء؟ وحدة التحكم في المحرك تحصل على بداية مبكرة في تعديل توصيل الوقود قبل حدوث الاحتراق فعليًا، مما يجعل استجابة دواسة البنزين أكثر حدة وفورية. يلاحظ معظم السائقين هذه التحسينات عندما يعمل محرك السيارة ضمن نطاق من 1,500 إلى 3,500 دورة في الدقيقة. وهذا بالفعل النطاق الذي تقضي فيه معظم السيارات وقتًا كبيرًا أثناء القيادة العادية وفقًا لبعض الدراسات الصادرة عن مجلة الهندسة السياراتية عام 2023. وتُفيد ورشات التعديل بأنها تلاحظ زيادة تتراوح بين 5 إلى 8 بالمئة في عزم الدوران عند النطاقات المنخفضة من عدد الدورات فقط من تركيب هذا المستشعر المطوّر، دون إجراء أي تغييرات أخرى على المركبة.
أظهر تقييم دينامو أُجري في عام 2023 على محرك توربو سعة 2.0 لتر تحسنات ملموسة ناتجة عن ترقية مستشعر MAF وحده:
| المتر | ماص دوار | ماص دوار عالي الدقة | التحسين |
|---|---|---|---|
| عزم الذروة | 258 رطل-قدم | 273 رطل-قدم | 5.8% |
| استجابة دواسة البنزين | 412 مللي ثانية | 367 مللي ثانية | أسرع بنسبة 11% |
| من 0 إلى 60 ميل في الساعة | 6.2 ثانية | 5.9 ثانية | 4.8% |
تعكس هذه النتائج تقليل دورات تصحيح وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) وتحسين توصيل خليط الهواء والوقود بشكل أكثر اتساقاً، خاصة أثناء دفع دواسة البنزين بشكل مفاجئ.
تأتي معظم مستشعرات MAF التي يتم تركيبها في المصنع مع محولات رقمية تناظرية (ADC) بحجم 12 بت، مصممة للحصول على موثوقية طويلة الأمد، في حين تتميز النماذج الممتازة من السوق الثانوي عادةً بمحولات 16 بت توفر دقة أفضل بكثير. يمكن لهذة المستشعرات المُحسّنة التعامل مع تغيرات تدفق الهواء بنسبة ±15% تقريبًا من خلال إعدادات المعايرة الواسعة النطاق، مما يجعلها مثالية للسيارات المزودة بشواحن توربينية أو شواحن هوائية. ووفقًا لبعض البيانات الصناعية من ورقة SAE التقنية 2021-01-0479، يجد حوالي ثلثي ورش التخصيص أنفسهم يمضون ساعات إضافية على جهاز الديناโม فقط للتأكد من عمل هذه المستشعرات بشكل صحيح مع أنظمة إدارة المحرك الحالية. تعتمد النتائج الجيدة حقًا على ضمان تطابق إخراج المستشعر مع ما يتوقعه الفني رؤيته، وإلا قد تنشأ مشكلات تتعلق برفع وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) لأكواد خطأ أو سوء تفسير القراءات تمامًا.
حقوق النشر © 2025 بواسطة هانغتشو نانسين للقطع الغيار السيارات المحدودة — سياسة الخصوصية
EN
