سنسور فشار هوای منیفولد (سنسور MAP) چیست و چگونه کار می‌کند؟

نویسنده: علیرضا کرامتیان، مدیر مرکز فنی(آموزش و پشتیبانی فنی، گارانتی) و شبکه نمایندگی های خدمات پس از فروش شرکت رنو ایران

سنسور فشار مطلق منیفولد (Manifold Absolute Pressure) که بیشتر با نام سنسور فشار هوای منیفولد ( Manifold Absolute Pressure) عنوان می‌شود، یکی از مهم‌ترین قطعات خودروهای انژکتوری است و کامپیوتر موتور با استفاده از تجزیه، تحلیل و آنالیز اطلاعات دریافتی از این سنسور و سنسورهای دیگری مانند سنسور سرعت و موقعیت میل‌لنگ، سنسور پدال گاز و غیره به نتایج مهم و ارزشمندی دست‌یافته و تصمیمات و تمهیدات لازم را اتخاذ می‌نماید و با تنظیم دقیق زمان جرقه (آوانس) و میزان پاشش (زمان باز بودن شیر برقی انژکتور) موجب می‌شود تا علاوه بر اینکه موتور در یک وضعیت پایدار (Stable) کار کند، کارایی موتور نیز حداکثر، مصرف سوخت آن حداقل و همچنین میزان آلایندگی آن به کمترین مقدار برسد.

محل نصب این سنسور روی منیفولد هوا، بین دریچه گاز و ورودی سیلندرها می باشد. به عبارتی دیگر این سنسور در مسیر هوای ورودی به موتور، مابین دریچه گاز و سوپاپ‌های هوا قرار گرفته است.

در تصویر زیر محل نصب سنسور منیفولد هوا در خودرو تندر 90 مشخص شده است.

ساختار سنسور MAP خودرو:

این سنسور از نوع مقاومت پیزو یا پیزو رزیستور (Piezo Resistor) است.

پیزو (Piezo) از یک کلمه یونانی گرفته شده است که به معنای فشار است و رزیستور (Resistor) نیز به معنای مقاومت است.

اثر پیزومقاومت به معنای تغییر مقاومت الکتریکی یک نیمه هادی، در هنگامی که فشار مکانیکی به آن اعمال می‌شود. به عبارت دیگر وقتی بر یک نیمه هادی، فشار وارد می‌شود، در مقاومت الکتریکی آن، تغییر ایجاد می‌شود که به آن اثر پیزومقاومت گفته می‌شود. از این خاصیت در ساخت بعضی از سنسورها استفاده می‌شود که نمونه ای از آنها، سنسور فشار مطلق منیفولد (Manifold Absolute Pressure) و یا سنسور MAP است.

سنسور MAP یک “جریان‌سنج” غیرمستقیم هوا است و اطلاعاتی که برای کامپیوتر موتور ارسال می‌کند، بسیار بااهمیت و گران‌بها است و کامپیوتر موتور از آنها برای کنترل پایه پاشش سوخت موتور استفاده می‌کند. همان‌طور که گفته شد این سنسور، یا مستقیماً بر روی منیفولد هوا نصب می‌شود و یا به‌وسیله یک لوله، به منیفولد هوا متصل می‌شود. وقتی خودرو در شرایط متفاوتی مانند سربالائی، سرپائینی، شتاب گیری و یا وضعیت کاهش سرعت و ترمزگرفتن قرار می‌گیرد و یا وقتی راننده بنا به شرایط جاده، تعداد سرنشینان و یا به دلیل نیاز، میزان فشار وارده به پدال گاز را تغییر می‌دهد، میزان خلأ نسبی که در منیفولد هوا ایجاد می‌شود نیز تغییر می‌نماید، این تغییرات توسط سنسور MAP حس می‌شود و کامپیوتر موتور با توجه به این اطلاعات و نیز سیگنال‌های دیگری که از سنسورهای دیگر دریافت می‌کند، میزان پاشش سوخت، توسط انژکتورها را اصلاح می کند.

بیشتر بخوانید:

با نقش منیفولد در خودرو آشنا شوید

منیفولد ورودی چه تاثیری روی موتور خودرو دارد؟

تفاوت سنسور  MAP با سنسور MAF و یا Mass(air) Flow Sensor این است که سنسور MAF حجم هوای ورودی به منیفولد هوا را به طور مستقیم تشخیص می‌دهد ولی سنسور MAP برای آنکه حجم هوای ورودی به منیفولد هوا را مشخص نماید، از روش غیرمستقیم استفاده می‌کند بدین صورت که با محاسبه فشار مطلق منیفولد ورودی، حجم هوای ورودی را محاسبه می‌نماید. به عبارت دیگر سنسور MAP، تغییر فشار مطلق در منیفولد را با توجه به‌ دور موتور و بار وارده به آن تشخیص می‌دهد و آن را با زبانی که قابل‌فهم برای کامپیوتر موتور است یعنی ولتاژ، به کامپیوتر موتور (ECU) می‌فرستد.

شکل فوق تصویری شماتیک، از نحوه عملکرد سنسور MAP و ارتباط آن با یونیت موتور را نمایش می‌دهد. شکل سمت راست حالتی را نشان می‌دهد که راننده پدال گاز را فشرده است و دریچه گاز باز است لذا حجم زیادی از هوا در حال عبور از منیفولد هوا به سمت سیلندرها است، بنابراین فشار هوا در منیفولد ورودی نسبتاً زیاد است و میزان مکش بر روی سنسور کم است. این موجب می‌شود که میزان ولتاژ خروجی به سمت کامپیوتر موتور با وضعیت سمت چپ متفاوت باشد. در تصویر سمت چپ، راننده فشار کمتری به پدال گاز آورده است و میزان باز بودن دریچه گاز نسبت به شکل سمت راست، کمتر است لذا فشار هوا در منیفولد ورودی کمتر و حالت مکش بر روی سنسور بیشتر است. این وضعیت باعث می‌شود که ولتاژ برگشتی از سنسور، به سمت کامپیوتر موتور مقدار دیگری باشد.

تصویر زیر نحوه عملکرد سنسور MAP، به شکلی دیگر بیان شده است تا چگونگی کارکرد آن بهتر درک شود.

یک سنسور MAP از یک دیافراگم سرامیکی یا سیلیکونی تشکیل شده است. این دیافراگم از یک طرف با خلأ کامل یا فشار کنترل شده (کالیبره شده) برای موتور و از طرف دیگر در معرض منیفولد ورودی قرار دارد. دیافراگم سیلیکونی انعطاف پذیر است. هنگامی که فشار در منیفولد ورودی تغییر می‌کند، دیافراگم سیلیکونی خم می‌شود و مقاومت آن تغییر می‌کند. کامپیوتر موتور از این تغییر مقاومت، متوجه می‌شود که وضعیت فشار هوا در منیفولد ورودی و نهایتا حجم هوای عبوری از منیفولد هوا چقدر است.

شکل سمت راست نحوه عملکرد موتور در حالت Idle (درجا) را نمایش می‌دهد، در این وضعیت دریچه گاز در وضعیتی قرار دارد که حداقل هوا وارد منیفولد ورودی می‌شود و از طرفی دیگر پیستون‌ها با حرکت به سمت پائین، ایجاد مکش می‌نمایند و ازآنجاکه میزان هوای موجود در منیفولد خیلی کم است لذا میزان خلأ نسبی در منیفولد هوا خیلی زیاد است، این وضعیت موجب می‌شود تا دیافراگم سیلیکونی و یا سرامیکی به شکلی که نمایش داده شده است، درآید. در وضعیت سمت چپ، راننده پدال گاز را تا انتها فشار داده است و حجم هوای زیادی وارد منیفولد هوا و نهایتاً سیلندرها می‌شود؛ به عبارت دیگر وضعیت خلأ نسبی در منیفولد هوا به حداقل میزان خود رسیده است، این حالت باعث می‌شود تا دیافراگم سیلیکونی و یا سرامیکی به شکلی که نمایش داده شده است، تغییر شکل داده و مقاومت آن نیز تغییر کند. کامپیوتر موتور از این تغییرات میزان مقاومت، متوجه وضعیت حجم هوای عبوری از منیفولد هوا به سمت سیلندرها شده و میزان پاشش را تنظیم می‌کند.

شکل فوق ارتباط الکتریکی مابین سنسور MAP، کامپیوتر موتور و همچنین انژکتورها را نمایش می‌دهد.

در تصویر زیر میزان ولتاژ خروجی سنسور MAP از نوع آنالوگ، در حالت کارکرد درجای موتور (در حالتی که راننده بر روی پدال گاز فشاری وارد نکرده است) تا وضعیتی که راننده پدال گاز را تا انتها فشرده شده است، نمایش داده شده است، این میزان از 0.3 تا 4.9 ولت در تغییر است. این ولتاژ خروجی بستگی به نوع مواد بکار برده شده در ساخت این سنسور و نیز نوع الگوریتم تعریف شده در کامپیوتر موتور دارد و ممکن است طراحی‌ها در خودروهای مختلف اندکی متفاوت باشد.

میزان ولتاژ تولید شده با توجه به نوع مواد بکار رفته در آن و نیز الگوریتم تعریف شده در کامپیوتر موتور هرچه باشد، میزان تغییرات ولتاژ نسبت به تغییرات فشار منیفولد هوا به‌صورت خطی است.

در بعضی از خودروها مانند مدل‌های جدید خودرو Ford، سنسور MAP از نوع دیجیتال است و خروجی این سنسور به‌صورت موج مربعی است که در شکل زیر نمایش داده شده است:

میزان پاشش انژکتور و زمان جرقه شمع‌ها به عوامل مختلفی بستگی دارند که به دودسته تقسیم می‌شوند، یکی از آنها عوامل محیطی و دیگری بار وارده به موتور است. بعضی از فاکتورهائی که در بار وارده مؤثر هستند، عبارت‌اند از نوع رانندگی که نسبت مستقیم به میزان فشردن پدال گاز توسط راننده دارد، تعداد سرنشینان خودرو، شرایط جاده (سربالائی، سرپائینی و...)، باز بودن و یا بسته‌بودن پنجره، میزان باد لاستیک‌ها و غیره...

شرایط محیطی عبارت است از میزان اختلاف ارتفاعی که خودرو در آن محل، در حال حرکت است. میزان فشار هوا و تعداد مولکول‌های اکسیژن موجود در واحد حجم در محلی که هم سطح دریا است، بیشتر است و هرچه فاصله محلی که خودرو در آن در حال حرکت است، نسبت به سطح دریا بیشتر باشد، فشار هوا کمتر و تعداد مولکول‌های اکسیژن موجود در واحد حجم کمتر خواهد بود؛ بنابراین کامپیوتر موتور باید از میزان فشار هوای محیط باخبر باشد تا بتواند بر مبنای آن، میزان پاشش بنزین توسط انژکتورها را تنظیم کند.

اگر خودرو در کنار دریا و در وضعیت درجا (Idle)، روشن باشد و یا در آن محل، در حال حرکت باشد، میزان پاشش انژکتور با زمانی که خودرو در ارتفاع 4000 متری از سطح دریا که تعداد مولکول های اکسیژن موجود در واحد حجم، در آن محیط کمتر است، به‌صورت درجا (Idle) روشن باشد و یا با شرایط مشابه در حال حرکت باشد، متفاوت است.

اگر در سطح دریا که تعداد مولکول های هوا در واحد حجم بیشتر است، میزان پاشش انژکتور کم باشد، توان خودرو کم خواهد بود و چنانچه میزان پاشش انژکتور در ارتفاع 4000 متری که میزان فشار هوا و تعداد مولکول های اکسیژن در آن کمتر است، بیشتر از آنچه باشد که در الگوریتم های کامپیوتر موتور تعیین شده است، علاوه بر اینکه عملکرد موتور دچار اختلال می‌شود، میزان مصرف سوخت و آلایندگی نیز افزایش خواهد یافت. حتی فشار هوا در یک منطقه مانند کنار دریا و یا ارتفاع 4000 متری، در روزهای مختلف و با توجه به شرایط آب و هوائی مانند وضعیت ابری، بارانی، برفی و غیره نیز تغییر می‌کند.

اعلام وضعیت فشار هوای محیط، توسط سنسور MAP انجام می‌شود، در لحظه بازکردن سوئیچ توسط راننده و قبل از استارت‌زدن، فشار هوای محیط توسط این سنسور اندازه‌گیری شده و در حافظه کامپیوتر موتور به‌عنوان میزان فشار پایه ثبت شده و بقیه محاسبات بر مبنای آن انجام خواهد گرفت. از لحظه‌ای که راننده استارت می‌زند و موتور روشن می‌شود، اطلاعات ارسالی از سنسور MAP به کامپیوتر موتور، فشار لحظه‌ای هوا در منیفولد ورودی است و کامپیوتر موتور با توجه به اینکه چه مقداری به‌عنوان فشار هوای پایه در الگوریتم کامپیوتر ثبت شده است، اقدام به محاسبه نموده و میزان پاشش انژکتور را در هر لحظه تغییر می‌دهد.

تصویر فوق حاوی پارامترها و استاتوس‌های کامپیوتر موتور یک خودرو کپچر است. میزان فشار اتمسفر ATMOSPHERIC PRESSURE در کامپیوتر موتور 878 میلی بار و توسط سنسور MAP در لحظه شناخت کارت خودرو توسط کارت خوان، اندازه‌گیری و به‌عنوان مقدار پایه (base) مبنای محاسبات قرار گرفته شده است و از آنجا که دور موتور حدود RPM750 است، فشار منیفولد هوا 329 میلی بار توسط سنسور MAP اندازه شده است.

ممکن است در یک مسافرت تفریحی که از مناطق کوهستانی عبور کرده باشید، این وضعیت را تجربه کرده باشید. اگر در مرتفع‌ترین منطقه کوهستانی و در یک مکان مناسب، خودرو را متوقف کرده و آن را خاموش کرده‌اید تا علاوه بر اینکه به موتور خودرو استراحتی بدهید، از تماشای زیبائی‌های اطراف لذت ببرید، بعد از اینکه تصمیم به ادامه سفر گرفتید، در لحظه باز کردن سوئیچ و یا قراردادن کارت خودرو در کارت‌خوان، میزان فشار هوای محیط توسط سنسور MAP اندازه‌گیری می‌شود و از آن به بعد کلیه محاسبات مربوط به پاشش سوخت، بر مبنای آن مقدار محاسبه خواهد شد.

چون فشار هوا در آن ناحیه کم است، میزان پایه پاشش سوخت کم است، حال اگر به مقصد که منطقه‌ای کم‌ارتفاع باشد، برسید ممکن است احساس کنید که اندکی از توان و گشتاور موتور کاسته شده است، این حس صحیح است زیرا شما خودرو را در منطقه‌ای که فشار هوا کم بوده است، روشن کرده و حال به منطقه‌ای رسیده‌اید که فشار هوا و تعداد مولکول‌های اکسیژن هوا در آن بیشتر است و این در حالی است که محاسبات پایه (base) پاشش بنزین توسط انژکتور بر حسب آنچه در منطقه مرتفع اندازه‌گیری شده است، در حال محاسبه و انجام است و نسبت پاشش سوخت در مقابل فشار هوا و تعداد مولکول‌های اکسیژن هوا در منطقه کم‌ارتفاع، کمتر بوده و توان و گشتاور موتور کاهش یافته است. لازم به ذکر است که میزان تفاوت توان و گشتاور خودرو در شرایطی که عنوان شد یعنی در منطقه کوهستانی و منطقه کم‌ارتفاع خیلی ناچیز است و کمتر راننده‌ای ممکن است آن را احساس کند.

بیشتر بخوانید:

میل لنگ خودرو: رهبر ارکستر قدرتمند موتور

چرا نباید با دور موتور بالا رانندگی کنیم؟

حال وقتی به مقصد که منطقه‌ای کم‌ارتفاع است، رسیدید و احساس می‌کنید که توان و گشتاور موتور اندکی کاهش یافته است، چنانچه موتور را یک‌بار خاموش و روشن نمایید، در لحظه باز کردن سوئیچ و یا قراردادن کارت در کارت‌خوان، فشار هوای محیط توسط سنسور MAP اندازه‌گیری شده و به‌عنوان مقدار پایه در کامپیوتر ثبت می‌شود و از آن به بعد، محاسبات میزان پاشش سوخت، بر مبنای مقدار جدیدی که اندازه‌گیری شده است، انجام می‌گیرد.

لازم به ذکر است که در بعضی از خودروها، یک سنسور به‌صورت مجزا برای اندازه‌گیری فشار هوای محیط در نظر گرفته شده است و کامپیوتر موتور به‌وسیله دریافت اطلاعات از این سنسور، فشار هوای محیط را به‌صورت لحظه‌ای دریافت می‌نماید تا در عملکرد موتور اختلال ایجاد نشود.

شکل موج توسط دستگاه اُسیلوسکوپ:

تصویر زیر، شکل موج یک سنسور MAP از نوع آنالوگ که به‌وسیله دستگاه اُسیلوسکوپ (oscilloscope) اندازه‌گیری شده است را نمایش می‌دهد. همان‌طور که گفته شد کامپیوتر موتور با اطلاعاتی که از سنسور MAP، سنسور دور موتور و سنسور موقعیت دریچه گاز (TPS) دریافت و آنها را تجزیه‌وتحلیل می‌نماید، می‌تواند به وضعیت بار وارده به موتور پی ببرد که چند نمونه از این تجزیه‌وتحلیل در شکل نمایش داده شده است:

در تصویر مذکور، وضعیت و چگونگی شکل موج در وضعیت عملکرد درجا (Idle)، کاهش ناگهانی سرعت (Rapid Decal) و همچنین شتاب آرام (Slow Acceleration) و شتاب ناگهانی (Snap Acceleration) نمایش داده شده است.

لازم به ذکر است که در مجله رنو ایران، مقاله‌ای وجود دارد که عنوان آن " سنسور دور موتور چیست و چگونه کار می‌کند" است و با مطالعه آن می‌توانید به نحوه عملکرد و وظیفه این سنسور پی ببرید

علائم خرابی سنسور MAP خودرو و پیامدهای آن:

خرابی سنسور MAP می‌تواند تأثیرات زیادی بر عملکرد موتور، مصرف سوخت و همچنین میزان آلایندگی آن داشته باشد. با توجه به آنچه عنوان شد خرابی این سنسور و ارسال اطلاعات نادرست به کامپیوتر موتور، موجب می‌شود تا در عملکرد موتور اختلال ایجاد شود و علاوه بر ریپ‌زدن، بد کارکردن موتور، احتراق ناقص، کاهش توان و عملکرد نادرست و ناپایدار موتور، موجب افزایش مصرف سوخت و آلایندگی شود.

خرابی این سنسور و یا قطعی در مدار الکتریکی آن، ممکن است موجب روشن شدن چراغ اخطار check موتور بر روی صفحه نمایشگرها شود.

در مجله رنو ایران، مقاله‌ای با عنوان "دلایل روشن شدن چراغ هشدار سیستم مدیریت موتور و یا چراغ چک موتور (Engine Check)  چیست؟" وجود دارد که می‌توانید آن را مطالعه نمایید.

عیب‌یابی سنسور MAP خودرو و روش تست:

اولین کار برای عیب‌یابی عملکرد سنسور MAP، بررسی پیوستگی مدار الکتریکی آن است. در شکل زیر مدار برقی بین سنسور MAP و کامپیوتر موتور در خودرو تندر به تصویر کشیده شده است.

همان‌طور که گفته شد چنانچه قطعی در مدار مابین سنسور و کامپیوتر موتور ایجاد شود، در بیشتر خودروها چراغ چک (check) بر روی صفحه نمایشگرها روشن خواهد شد، بااین‌حال لازم است تا مدار مذکور به‌وسیله ولت‌متر کنترل شود که ولتاژ 5+ ولت، از کامپیوتر موتور به سنسور ارسال می‌شود و یا خیر، همچنین باید اتصال منفی مابین کامپیوتر و سنسور کنترل شود و در نهایت لازم است تا ولتاژ برگشتی از سنسور به کامپیوتر نیز بررسی شده و از سالم بودن مدار آن اطمینان حاصل شود.

کنترل اینکه ولتاژ برگشتی از سنسور به کامپیوتر موتور بر حسب اینکه میزان فشار هوا در منیفولد هوا تا چه میزان صحیح است، باوجود امکانات موجود در تعمیرگاه‌های مجاز، کار مشکلی است و امکان دارد که نتوان به‌طورقطع به آن استناد نمود. عیب‌یابی این قطعه ظاهراً ساده به نظر می‌رسد ولی در موارد زیادی صحت عملکرد این سنسور گاهی اوقات ممکن است کارشناس و یا برقکار را گمراه کرده و او را به‌اشتباه بیندازد.

یکی دیگر از مواردی که لازم است در خصوص سنسور MAP کنترل شود، این است که می‌بایست اورینگ مربوط به نشت‌بندی سنسور، در محل نصب آن بر روی منیفولد هوا کنترل شود و یا در مدل‌هایی که ارتباط بین سنسور MAP و کامپیوتر موتور به‌وسیله لوله یا شلنگ انجام می‌شود، بررسی گردد. در این مدلها، سالم بودن لوله و یا شلنگ مربوطه می بایست تست شود.

کثیف بودن مدار هوا مابین سنسور و منیفولد نیز می‌تواند موجب اختلال در عملکرد و اندازه‌گیری صحیح فشار هوا شود لذا می‌بایست کنترل گردد.

نتیجه‌گیری:

سنسور فشار مطلق منیفولد (Manifold Absolute Pressure) که همان سنسور فشار هوای منیفولد (Manifold Absolute Pressure) است، یکی از مهم‌ترین سنسورهای خودروهای انژکتوری است و کامپیوتر موتور با استفاده از اطلاعات آن و نیز سنسورهای دیگری مانند سنسور دور موتور و سنسور موقعیت دریچه گاز و تجزیه‌وتحلیل آنها، به نتایج مهمی رسیده و می‌تواند میزان پاشش و همچنین زمان آوانس جرقه را تنظیم نماید. خرابی این سنسور پیامدهای زیادی دارد و ممکن است موجب عدم عملکرد صحیح و پایداری، کاهش توان و گشتاور، ریپ‌زدن، بدکارکردن موتور و همچنین افزایش مصرف سوخت و گازهای آلاینده شود. قطعی مدار الکتریکی این سنسور می‌تواند موجب روشن شدن چراغ چک موتور شود و چنانچه اطلاعات ارسالی از سمت سنسور به کامپیوتر موتور صحیح نباشد نشان دهنده ایراد در مدارات داخلی سنسور خواهد بود که ممکن است عملیات عیب‌یابی با مشکل مواجه گردد.

What is the Manifold Absolute Pressure Sensor (MAP Sensor) and how does it work?

Writer: Alireza Keramatian/ Renault IRAN Technical Hub and Network Manager