Các cảm biến MAF độ chính xác cao hoạt động bằng cách đo lưu lượng không khí thông qua các dây hoặc màng phim được đốt nóng, những bộ phận này sẽ nguội đi khi không khí di chuyển qua chúng trong hệ thống nạp. Khi nhiệt độ thay đổi, chúng tạo ra một tín hiệu điện áp được cập nhật khoảng 150 đến 300 lần mỗi giây. Bộ điều khiển động cơ (ECU) đọc thông tin này để xác định chính xác lượng không khí đang đi vào động cơ tại bất kỳ thời điểm nào. Các phương tiện hiện đại kết hợp dữ liệu từ cảm biến MAF với tín hiệu từ cảm biến oxy và cảm biến vị trí bướm ga để tạo nên bức tranh khá chính xác về những gì đang xảy ra bên trong buồng đốt. Những cảm biến này cũng rất đáng tin cậy, thường duy trì độ chính xác trong khoảng cộng trừ 2%. Mức độ chính xác này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp đúng lượng nhiên liệu vào các xy-lanh và điều chỉnh thời điểm đánh lửa phù hợp để đạt hiệu suất tối ưu.
Bộ điều khiển động cơ nhận thông tin từ cảm biến lưu lượng không khí khối lượng để tham chiếu các bản đồ nhiên liệu cài đặt sẵn tại nhà máy, sau đó điều chỉnh thời gian mở của vòi phun và thời điểm đánh lửa. Cấu hình này cho phép điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong vòng vài miligiây khi có sự thay đổi đột ngột, ví dụ như trong các đợt tăng tốc nhanh. Các hệ thống chỉ dựa vào đo áp suất đường ống nạp thường bỏ lỡ những thay đổi nhanh này. Kiểm định thực tế hồi năm 2023 cho thấy các động cơ có cảm biến lưu lượng không khí chính xác ít bị hiện tượng cháy kém khoảng 27 phần trăm so với các hệ thống chỉ dùng MAP. Việc thu được dữ liệu lưu lượng không khí chính xác rất quan trọng để duy trì quá trình cháy ổn định, đặc biệt cần thiết đối với các động cơ tăng áp turbo nơi mà độ chính xác về thời gian là yếu tố then chốt.
Các cảm biến MAF tốt nhất duy trì độ chính xác trong khoảng 1,5% ngay cả khi đối mặt với những thay đổi bướm ga nhanh tới 500 vòng/phút mỗi giây, điều này thực tế đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn SAE J2714. Những cảm biến này gửi tín hiệu từ 0 đến 5 volt khoảng mỗi 3 mili giây, vì vậy chúng phản ứng khá nhanh trước những thay đổi tải bất ngờ. Phản ứng nhanh này giúp tránh các tình trạng hỗn hợp nghèo nguy hiểm có thể gây hiện tượng gõ máy hoặc tiếng kêu lạch cạch ở động cơ có tỷ số nén cao. Đối với các hệ thống tăng áp turbo hoặc siêu nạp cụ thể, loại cảm biến có độ phản hồi như vậy tạo ra sự khác biệt rõ rệt. Áp suất tăng áp ổn định hơn nhiều ở độ cao vùng núi nơi nồng độ oxy giảm xuống. Ở độ cao khoảng 8.000 feet, các cảm biến tiên tiến này giúp duy trì khả năng truyền công suất ổn định so với các mẫu cũ hơn, làm cho chúng hoạt động hiệu quả hơn trong mọi tình huống lái xe, từ mực nước biển đến các con đường vùng cao.
Cảm biến MAF độ chính xác cao cho phép cân bằng hóa trị (14,7:1) bằng cách đo lưu lượng khí nạp với độ chính xác ±1,25%, theo năm 2023 Tạp chí Hệ thống Ô tô . Điều này cho phép ECU điều chỉnh phun nhiên liệu theo từng khoảng thời gian 2 miligiây, loại bỏ sự sụt giảm hiệu suất đốt cháy từ 12–18% xảy ra ở các hệ thống có cảm biến không chính xác do tình trạng hỗn hợp nghèo hoặc giàu kéo dài.
Khi cảm biến MAF hoạt động đúng cách, chúng ngăn nhiên liệu đọng lại và không bay hơi hoàn toàn bên trong buồng đốt của động cơ. Điều này thực tế làm tăng hiệu suất nhiệt từ khoảng 5 đến 8 phần trăm so với khi các cảm biến này bắt đầu hỏng. Theo nghiên cứu được trình bày tại Hội nghị Thượng đỉnh Năng lượng Sạch năm ngoái, các động cơ duy trì tỷ lệ hòa khí nhiên liệu - không khí tốt sẽ có mức tăng khoảng 3,7% về mô-men xoắn riêng trên trục. Đồng thời, lượng phát thải hydrocarbon độc hại giảm khoảng 22%. Những con số này cho thấy sự cải thiện rõ rệt cả về hiệu suất động cơ lẫn việc đáp ứng các quy định môi trường khắt khe.
Mặc dù tỷ lệ hóa trị hỗ trợ giảm phát thải và tăng hiệu suất, các động cơ tăng áp cưỡng bức lại được lợi từ việc làm đặc tạm thời hỗn hợp (12,5:1 đến 13:1) trong giai đoạn tăng áp cực đại nhằm kìm hãm hiện tượng kích nổ. Như các nghiên cứu kỹ thuật hiệu suất đã chỉ ra, sự điều chỉnh chiến lược này cải thiện hiệu suất thể tích từ 9–14% trong các ứng dụng tăng áp turbo mà không làm tăng mài mòn xúc tác, miễn là việc làm đặc được giới hạn về thời gian và kiểm soát tốt.
Các xe được trang bị cảm biến MAF tiên tiến này thường tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn khoảng 3 đến 5 phần trăm, theo kết quả của SAE International từ năm ngoái. Lý do là gì? Những cảm biến này đo lưu lượng không khí với độ chính xác đáng kinh ngạc, sai lệch chỉ trong khoảng cộng hoặc trừ 1 phần trăm so với giá trị thực tế. Điều này có ý nghĩa gì trong thực tế? Vòi phun nhiên liệu có thể cung cấp lượng nhiên liệu chính xác ở những bước rất nhỏ lên tới 0,01 mili giây. Trong khi đó, các cảm biến tiêu chuẩn thường sai lệch từ 8 đến 12 phần trăm khi xác định tỷ lệ hỗn hợp không khí - nhiên liệu. Và cũng đừng quên cả về khí thải. Trong những lần khởi động lạnh khó khăn, động cơ sử dụng cảm biến nâng cấp này tạo ra ít hơn tới 300 phần triệu hydrocarbon chưa cháy. Mức cải thiện như vậy tạo nên sự khác biệt lớn khi cố gắng đáp ứng các quy định môi trường nghiêm ngặt ngày nay.
Các cảm biến MAF bị nhiễm bẩn báo lượng khí nạp thấp hơn từ 15–22% (Báo cáo Ô tô Bosch 2024), khiến ECU phun thêm nhiên liệu quá mức. Việc làm sạch và hiệu chuẩn theo khuyến nghị của nhà sản xuất sẽ khôi phục độ chính xác đo lường và ngăn ngừa:
Việc bảo dưỡng này đảm bảo động cơ hoạt động trong phạm vi ±2% so với tỷ lệ hòa khí lý thuyết mục tiêu, đáp ứng cả tiêu chuẩn sinh thái và độ bền lâu dài.
Các cảm biến lưu lượng khí nạp độ chính xác cao duy trì độ chính xác bằng cách tự động bù trừ các điều kiện môi trường xung quanh:
Mật độ không khí thay đổi khá nhiều tùy theo điều kiện nhiệt độ. Không khí lạnh thực tế chứa nhiều oxy hơn trong mỗi mét khối so với các khối không khí ấm hơn. Khi độ ẩm đạt khoảng 90%, lượng hơi nước hiện diện đủ lớn để đẩy bớt một số phân tử oxy ra khỏi hỗn hợp, điều này có thể làm giảm hiệu suất cháy khoảng từ 2 đến 3 phần trăm theo nghiên cứu được công bố bởi SAE trong các bài báo kỹ thuật năm ngoái. Áp suất khí quyển cũng gây ảnh hưởng đến các phép đo trong ngày do dao động trong phạm vi khoảng cộng trừ 5 kilopascal. Tương tự, khi di chuyển thiết bị lên hoặc xuống các độ cao khác nhau, những thay đổi này có thể làm sai lệch kết quả đo lưu lượng khí khoảng từ 2 đến 4 điểm phần trăm nếu không được hiệu chỉnh đúng cách, và điều này ảnh hưởng đến khả năng kiểm soát hỗn hợp nhiên liệu trong quá trình vận hành.
Các cảm biến lưu lượng không khí hiện đại ngày nay thường được trang bị các thermistor MEMS cùng với cảm biến áp suất khí quyển, liên tục theo dõi các điều kiện môi trường. Hệ thống áp dụng các định luật khí cơ bản như PV bằng nRT ở hậu cảnh, cho phép phần mềm trên xe điều chỉnh các phép đo lưu lượng không khí khi các yếu tố thay đổi. Một số phiên bản tiên tiến hơn thậm chí còn tích hợp các cải tiến mạng nơ-ron giúp tinh chỉnh hiệu suất khi nhiệt độ thay đổi nhanh chóng, ví dụ như tăng hơn 2 độ C mỗi giây. Trong những khoảnh khắc động cơ ở chế độ cầm chừng, các cảm biến này tự động thực hiện kiểm tra tự hiệu chuẩn. Quá trình này thiết lập lại các điểm tham chiếu quan trọng để chống lại hiện tượng sai lệch, giúp duy trì độ chính xác khoảng 1,5 phần trăm dù ở nhiệt độ cực lạnh -40 độ C hay nóng bức lên đến 125 độ C.
Các cảm biến MAF chất lượng tốt hơn giúp giảm thời gian đo lưu lượng không khí, phát hiện các thay đổi nhanh hơn khoảng 30 đến 50 mili giây so với loại tiêu chuẩn. Điều này ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất? Bộ điều khiển động cơ có thể bắt đầu điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp trước khi quá trình đốt cháy thực sự xảy ra, nhờ đó phản ứng ga trở nên sắc bén và tức thì hơn rõ rệt. Hầu hết người dùng nhận thấy những cải thiện này khi động cơ vận hành ở dải vòng tua từ 1.500 đến 3.500 vòng/phút. Đây chính là dải vòng tua mà theo một số nghiên cứu năm 2023 từ Tạp chí Kỹ thuật Ô tô, phần lớn xe thường xuyên hoạt động trong điều kiện lái thông thường. Các xưởng độ cho biết họ ghi nhận mức tăng mô-men xoắn khoảng 5 đến 8 phần trăm ở dải vòng tua thấp chỉ bằng việc lắp đặt cảm biến nâng cấp này, mà không cần thay đổi bất kỳ bộ phận nào khác trên xe.
Một đánh giá năm 2023 trên máy dyno đối với động cơ tăng áp 2.0L đã chứng minh những cải thiện đáng kể chỉ nhờ nâng cấp cảm biến MAF:
| Đường mét | MAF tồn kho | MAF độ chính xác cao | Cải thiện |
|---|---|---|---|
| Mô-men xoắn cực đại | 258 lb-ft | 273 lb-ft | 5.8% |
| Phản ứng bướm ga | 412 ms | 367 ms | nhanh hơn 11% |
| 0-60 MPH | 6,2 giây | 5,9 giây | 4.8% |
Các kết quả này phản ánh số chu kỳ hiệu chỉnh ECU giảm và việc cung cấp hỗn hợp không khí-nhiên liệu ổn định hơn, đặc biệt là trong các tình huống tăng ga đột ngột.
Hầu hết các cảm biến MAF được lắp đặt tại nhà máy đều đi kèm với bộ chuyển đổi ADC 12-bit được thiết kế để đảm bảo độ bền lâu dài, trong khi các mẫu cao cấp từ thị trường aftermarket thường được trang bị bộ chuyển đổi 16-bit mang lại độ phân giải tốt hơn nhiều. Những cảm biến nâng cấp này có thể xử lý khoảng thay đổi lưu lượng khí vào từ âm đến dương 15% thông qua các thiết lập hiệu chuẩn wideband, điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các xe được trang bị turbo hoặc supercharger. Theo một số dữ liệu ngành công nghiệp từ bài báo kỹ thuật SAE 2021-01-0479, khoảng hai phần ba các xưởng độ phải dành thêm nhiều giờ trên máy đo công suất (dyno) chỉ để thiết lập sao cho các cảm biến này hoạt động đúng với hệ thống quản lý động cơ hiện tại. Để đạt được kết quả tốt đòi hỏi phải đảm bảo đầu ra của cảm biến phù hợp với những gì người tinh chỉnh kỳ vọng, nếu không có thể xảy ra sự cố ECU báo lỗi hoặc hiểu sai hoàn toàn các chỉ số đọc được.
Bản quyền © 2025 bởi Công ty TNHH Phụ tùng ô tô Nansen Hàng Châu — Chính sách bảo mật
EN
