با سنسور دمای هوای منیفولد ورودی موتور خودرو (MAT) و نحوه عملکرد آن آشنا شوید

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

سنسور دمای هوای منیفولد ورودی (Manifold Air Temperature)، دمای هوای ورودی به موتور که از طریق منیفولد هوا و یا منیفولد ورودی، وارد موتور می‌شود را کنترل می‌کند. کامپیوتر موتور (ECU) برای تخمین چگالی هوا به این اطلاعات نیاز دارد تا بتواند نسبت مخلوط هوا و سوخت را تنظیم کند. هوای سرد از هوای گرم چگال‌تر است یعنی تعداد مولکول‌های هوا در واحد حجم بیشتر است لذا در یک واحد هوای سرد، تعداد مولکول بیشتری نسبت به یک واحد هوای گرم وجود دارد، بنابراین برای حفظ نسبت هوا به سوخت، در هوای سرد به سوخت بیشتری نیاز است. کامپیوتر موتور (ECU) با تغییر زمان باز بودن شیر برقی انژکتورها، نسبت هوا و سوخت را تغییر می‌دهد.

سنسور دمای هوای ورودی با نام‌های دیگری نیز شناخته می‌شوند که معروف‌ترین آنها سنسور دمای ورودی (Inlet Air Temperature) است.

در بعضی از خودروها مانند پژو 206 و 405، سنسور دمای هوای ورودی و سنسور فشار هوای منیفولد (Manifold Air Pressure) در کنار هم و در یک مجموعه قرار گرفته اند.

نحوه عملکرد سنسور دمای هوا:

سنسور دمای هوای ورودی معمولاً در منیفولد ورودی نصب می‌شود، بنابراین نوک آن یعنی قسمت حساس حسگر، در معرض هوای ورودی به موتور قرار می‌گیرد.

سنسور دمای هوا، یک ترمیستور (Thermistor) است و این بدین معنی است که وقتی دما تغییر می‌کند، مقاومت الکتریکی سنسور نیز تغییر می‌کند.

کامپیوتر موتور (ECU)، یک ولتاژ مرجع که معمولاً 5 ولت است را به سنسور اعمال می‌کند سپس سیگنال ولتاژ دریافتی را برای محاسبه دمای هوا بررسی می‌کند. سیگنال ولتاژ برگشتی، متناسب با تغییرات دمای هوا تغییر می‌کند. به عبارت دیگر تغییر مقاومت سنسور، موجب تغییر ولتاژ برگشتی به کامپیوتر موتور می‌شود.

دو نوع سنسور دما با ساختار ترمیستوری (Thermistor) وجود دارد، با افزایش دما در اکثر این سنسورها، مقاومت آنها کاهش می‌یابد که به آنها سنسورهای دما با ضریب دمایی منفی (NTC) گفته می‌شود، به عبارت دیگر مقاومت این سنسورها با کاهش دما، افزایش می‌یابد. NTC مخفف Negative Temperature Coefficient است.

سنسورهای دیگری از نوع ترمیستوری نیز وجود دارند که در دمای پائین، مقاومت کمی دارند ولی با افزایش دما، مقاومت آنها افزایش می‌یابد، به این نوع سنسورها، سنسورهای ترمیستوری با ضریب دمایی مثبت (PTC) گفته می‌شود. PTC مخفف Positive Temperature Coefficient است.

سنسورهای دمای هوا همچنین در سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. از یک یا چند سنسور دمای هوا برای نظارت بر دمای هوای داخل کابین مسافر و همچنین دمای هوای بیرون خودرو استفاده می‌شود. سیستم تهویه مطبوع معمولاً دارای سنسور دمای هوای بیرون خودرو (دمای محیط) است که معمولاً در زیر آینه سمت راست خودرو، پشت جلوپنجره و یا در جایی دیگر که خارج از محفظه موتور و یا در مجاورت با آن نباشد، قرار دارد. علت اینکه این سنسورها در نزدیکی محفظه موتور قرار داده نمی‌شوند، این است که گرمای موتور بر آن تأثیر نگذارد.

علل خرابی سنسور دمای هوا:

سنسورهای دمای هوا گاهی اوقات ممکن است آسیب ببینند. آلودگی کربن و بخار روغن موجود در منیفولد ورودی می‌تواند نوک سنسور را بپوشاند و باعث شود که نسبت به تغییرات ناگهانی دمای هوا، واکنش کمتری نشان دهد. خود سنسور دمای هوا نیز ممکن است در اثر گرما یا فرسودگی تخریب شود و باعث شود اطلاعاتی به کامپیوتر موتور ارسال نکند و یا آنچه می‌فرستد، نادرست باشد.

مشکلات سنسور همچنین می‌تواند ناشی از اتصالات الکتریکی ضعیف در سنسور باشد. یک کانکتور در سیم‌کشی مربوط به سنسور دمای هوای منیفولد هوا تا کامپیوتر موتور که شل یا آسیب‌دیده باشد، می‌تواند بر خروجی سنسور تأثیر بگذارد.

علائم قابلیت رانندگی سنسور دمای هوا:

اگر سنسور دمای هوای ورودی منیفولد، دچار آسیب شده باشد و مقدار دما را به طور دقیق به کامپیوتر موتور ارسال نکند، کامپیوتر موتور ممکن است دچار اختلال شده و چنین محاسبه کند که هوائی که وارد موتور می‌شود، گرم‌تر یا سردتر از مقدار واقعی است، در این صورت کامپیوتر موتور مخلوط سوخت و هوا را اشتباه محاسبه کرده و موجب می‌شود مخلوط سوخت و هوا، رقیق یا غنی باشد که باعث علائم قابلیت رانندگی مانند پایداری کم در حالت دور آرام و لرزش در هنگام شتاب‌گیری، علی‌الخصوص در هوای سرد و افزایش ناگهانی دور موتور در هنگام گرم بودن موتور ‌شود.

اگر سیستم انژکتور خودرو و کامپیوتر موتور آن، از نوعی باشد که از اطلاعات سنسور دمای هوای منیفولد ورودی برای تنظیم استپرموتور و یا موتور دریچه گاز و نیز میزان پاشش انژکتورها استفاده کند و سنسور دمای هوای منیفولد ورودی هوا به یکی از دلایلی که در بالا ذکر شد، دچار مشکل شده باشد و اطلاعات ارسال شده به موتور نادرست باشد، ممکن است در هوای سرد و در زمانی که صاحب خودرو قصد دارد خودرو را روشن کند، استارت خودرو با مشکل مواجه شود.

یک سنسور دمای هوای معیوب که  دمای پایین‌تری نسبت به حالت عادی نشان می‌دهد، معمولاً باعث وضعیت سوخت غنی می‌شود. این امر باعث هدررفتن سوخت و همچنین افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

گاهی اوقات آنچه که به نظر می‌رسد مشکل عدم تعادل مخلوط سوخت و هوا است که در بررسی اولیه به نظر می‌رسد که سنسور دمای هوای معیوب است ولی در واقع، سنسور سالم است و اطلاعات درستی ارسال می‌کند و منشأ ایراد جای دیگری است که موجب می‌شود تا دمای هوای منیفولد هوا افزایش یابد، در واقع بروز ایراد به دلایل دیگری مانند نشتی خلأ موتور یا حتی مسدودشدن مبدل کاتالیزوری است! مسدود بودن شدید اگزوز، خلأ ورودی و جریان هوا را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود سنسور، دمای بالاتر از حد معمول را نشان دهد، دلیل این وضعیت این است که سنسور، به جای اینکه دمای هوای ورودی منیفولد را اندازه گیری نماید، دمای موتور را محاسبه نماید.

نحوه تشخیص سنسور دمای هوای معیوب:

یک سنسور دمای هوای معیوب ممکن است موجب شود تا یک کد خطا در کامپیوتر موتور ذخیره شده و چراغ چک موتور (Engine Check) را روشن نماید، این وضعیت معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که مدار برقی سنسور، باز و یا اتصال کوتاه شده باشد. چراغ چک موتور درصورتیکه سنسور کهنه و یا کثیف شده باشد و یا در وضعیتی قرار گیرد که اطلاعات نادرستی را به یونیت موتور ارسال نماید، روشن نمی‌شود، همچنین هیچ کد خطائی در کامپیوتر موتور ذخیره نخواهد شد.

یک راه سریع برای بررسی سنسور دمای هوا، استفاده از دستگاه عیب‌یاب است، بدین صورت که به‌وسیله دستگاه عیب یاب، دمای هوای منیفولد ورودی و دمای مایع خنک کننده موتور را در وضعیتی که موتور کاملاً سرد باشد، با یکدیگر مقایسه نمائیم. مقادیر اندازه‌گیری شده توسط حسگر دمای هوا و مایع خنک‌کننده نباید بیش از چند درجه اختلاف داشته باشد.

مقاومت حسگر را می‌توان با اهم‌متر نیز بررسی نمود. البته این کار باید توسط یک کارشناس، برق کار و یا مکانیک آموزش دیده انجام گیرد. در این روش لازم است تا کانکتور متصل به سنسور از جای خود خارج شود و پراب‌های اهم متر به پین‌های سنسور وصل شوند تا مقاومت سنسور اندازه‌گیری شود. این کار باید یک‌بار در وضعیت سرد انجام گیرد، سپس نوک سنسور به‌وسیله سشوار گرم شده و مجددا اندازه‌گیری شود. (به هیچ عنوان نباید از فندک، کبریت و یا وسایلی از این قبیل برای گرم‌کردن سنسور استفاده شود.)

به‌خاطر داشته باشید که برای تعویض، اندازه‌گیری، تست و غیره، لازم است مطابق توصیه‌های فنی، کابل‌های سرباتری جدا شوند.

عدم تغییر در مقدار مقاومت حسگر هنگام گرم شدن، نشان دهنده خراب بودن سنسور است و لازم است تعویض شود. اگر حسگر از نوع ترمیستور منفی باشد، مقدار مقاومت حسگر باید به‌تدریج کاهش یابد و اگر از نوع ترمیستور مثبت باشد، به‌تدریج افزایش یابد. اگر مقدار مقاومت ناگهان باز شود (مقاومت بی‌نهایت) یا اتصال کوتاه شود (مقاومت کم یا بدون مقاومت)، سنسور خراب است.

سنسور دمای هوای منیفولد را می‌توان به‌وسیله ولت‌متر نیز کنترل نمود. در این نوع تست، می‌بایست پراب‌های ولت‌متر را به پین‌های سنسور متصل کرد، دقت شود که در این روش کانکتور نباید از سنسور خارج شود. در این وضعیت نیز می‌بایست ولتاژ خروجی سنسور ابتدا در وضعیت کاملاً سرد و سپس به‌وسیله سشوار، در دماهای مختلف اندازه‌گیری و با مقدار مرجع مقایسه گردد.

در زیر میزان مقاومت و ولتاژ متناظر با دما در یک سنسور دمای هوای ورودی منیفولد نمایش داده شده است:

برای اینکه بررسی سنسور مورد نظر کاملاً دقیق باشید، باید مشخصات مقاومت سنسور دمای هوا را از مستندات فنی آن خودرو جستجو شود، سپس مقاومت سنسور در دماهای پایین، متوسط و بالا اندازه‌گیری گردد و با مشخصات مقایسه شود. سنسوری که در دمای سرد در محدوده مشخص شده قرار می‌گیرد، ممکن است در دمای بالاتر، از محدوده خارج شود یا برعکس. چنین سنسوری دقیق نخواهد بود و باید تعویض شود.

چنانچه بخواهیم اتصال منفی که از طرف کامپیوتر موتور تأمین می‌شود را بررسی نمائیم، لازم است مولتی‌متر را در وضعیت ولت‌متر قرار داده و پراب‌های آن را مطابق تصویر زیر به سنسور و باتری متصل نموده و بررسی‌های لازم را انجام دهیم.

نحوه محاسبه دمای هوای منیفولد هوا توسط کامپیوتر موتور:

یکی از مهم‌ترین نکات در خصوص سنسور دمای هوای منیفولد ورودی، نحوه دقیق محاسبه آن توسط کامپیوتر موتور است، به شکل زیر دقت فرمایید:

یک مقاومت از نوع ثابت (R1) در کامپیوتر موتور خودرو طوری قرار گرفته است که با ترمیستور (مقاومت متغیر) موجود در سنسور دمای هوای منیفولد هوا (R2) به شکل موازی متصل شده است. هر دو مقاومت به‌وسیله ولتاژ 5 ولت تغذیه می‌شوند. در داخل میکروکنترلر قطعه ای وجود دارد که همانند ولت‌متر عمل می‌کند و اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت R1 را اندازه‌گیری می‌کند. کم و زیاد شدن دمای هوا در منیفولد هوا موجب می‌شود تا مقاومت سنسور، زیاد و یا کم شود. از آنجا که دو مقاومت R1 و R2 از یک منبع ولتاژ 5 ولت، تغذیه می‌شوند لذا افزایش و یا کاهش اختلاف پتانسیل در دو سر مقاومت متغیر R2، باعث کاهش و یا افزایش اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت R1 می‌شود. این افزایش و یا کاهش اختلاف پتانسیل در دو سر مقاومت R1 توسط ولت متری که در داخل میکروکنترلر داخل کامپیوتر موتور قرار دارد، محاسبه شده و تفسیر می‌گردد و بدین وسیله کامپیوتر موتور از میزان دمای هوای منیفولد ورودی مطلع می‌شود. دقت شود که برای جلوگیری از هرگونه نویز و اختلال در اندازه‌گیری و ارسال اطلاعات، برق منفی (بدنه) مربوط به سنسور دمای هوای منیفولد ورودی توسط کامپیوتر موتور تأمین می‌شود،

فرض کنید میزان مقاومت ثابت R1، برابر با دو کیلو اهم باشد و دمای محیط طوری است که مقاومت ترمیستور در حدود 100 کیلو اهم می باشد، در این صورت مقاومت معادل از فرمول زیر بدست می آید:

1/Rt=1/R1+1/R2  

1/Rt=1/2+1/100  => 1/Rt=(50+1)/100  =>Rt=100/51 => Rt=1.96 Ω

حال اگر هوای منیفولد ورودی گرم شود و میزان مقاومت ترمیستور به 50 کیلو اهم کاهش یابد، مقاومت معادل از فرمول زیر بدست می آید:

1/Rt=1/2+1/50  => 1/Rt=(25+1)/50  =>Rt=50/26 => Rt=1.92 Ω

و اگر هوای منیفولد ورودی گرم‌تر شود و میزان مقاومت ترمیستور به 2 کیلو اهم کاهش یابد، مقاومت معادل عبارت خواهد بود:

1/Rt=1/2+1/2  => 1/RT=(1+1)/2  =>Rt=2/2 => Rt=1 Ω

و به همین ترتیب اگر گرم شدن هوای داخل منیفولد ورودی همچنان ادامه یابد و میزان مقاومت ترمیستور به 0.5 کیلو اهم کاهش یابد، مقاومت معادل به میزان زیر تغییر خواهد کرد:

1/Rt=1/2+1/0.5  => 1/RT=(1+4)/2  =>Rt=2/5 => Rt=0.4 Ω

جریانی که از ترمیستور و مقاومت ثابت عبور می‌کند، در آنها مصرف می‌شوند و اختلاف‌پتانسیل دو سر مقاومت ثابت، توسط ولت‌متر موجود در میکروکنترلر محاسبه می‌گردد و به کامپیوتر موتور ارسال می‌گردد، کامپیوتر موتور با توجه به الگوریتمی که در آن تعریف شده است، میزان پاشش انژکتور را تنظیم می‌کند. علت قرار دادن یک مقاومت در کامپیوتر موتور و محاسبه اختلاف پتانسیل دو سر آن توسط میکروکنترلر این است که میکروکنترلر و الگوریتم آن، بر اساس تغییرات ولتاژ طراحی شده است، به عبارت دیگر، میکروکنترلر فقط می تواند زبان ولتاژ را درک نماید و توانائی فهم مقاومت را ندارد.

تعویض، تعمیر و تنظیم سنسور دمای هوا:

سنسور دمای هوا، یک قطعه به حالت جامد است، بنابراین هیچ تنظیمی بر روی آن امکان‌پذیر نیست. بااین‌حال، می‌توان یک سنسور کثیف را تمیز کرد تا دوباره به طور عادی کار کند، البته به شرطی که هنوز در شرایط خوبی باشد. آلاینده‌ها را می‌توان با جداکردن سنسور از منیفولد ورودی و اسپری‌کردن تمیزکننده قطعات الکترونیکی روی نوک سنسور، از بین برد. از هیچ نوع تمیزکننده دیگری نباید استفاده شود زیرا ممکن است به محفظه پلاستیکی آسیب برساند یا بقایای شیمیایی از خود به جا بگذارد و در آینده مشکلاتی ایجاد کند. اگر مشکل سنسور با تمیزکردن حل نشود، می‌بایست تعویض گردد. لازم به ذکر است که تمیزکردن و یا تعویض سنسور می‌بایست توسط یک کارشناس، مکانیک و یا برق کار آموزش دیده و با تجربه انجام شود.

نتیجه گیری:

سنسور دمای هوای منیفولد یکی از حسگرهای مهم در سیستم سوخت‌رسانی خودرو است. کامپیوتر موتور از اطلاعات دریافتی از این سنسور برای تنظیم میزان پاشش سوخت استفاده می‌کند. خرابی این سنسور می‌تواند موجب کاهش کارایی و یا افزایش مصرف سوخت و آلاینده‌ها گردد. از علائم خرابی این سنسور می‌توان به پایداری کم در حالت دور آرام و لرزش در هنگام شتاب‌گیری، علی‌الخصوص در هوای سرد و افزایش ناگهانی دور موتور در هنگام گرم بودن موتور ‌اشاره نمود. این قطعه را می‌توان هم به‌وسیله میزان مقاومت و هم به‌وسیله ولتاژ در دماهای مختلف، مطابق مستندات مربوط به آن سنسور، تست نمود و سالم بودن آن را بررسی کرد. قطعی مدار و یا اتصال کوتاه در مدارات برقی این سنسور می‌تواند موجب روشن شدن چراغ اخطار موتور (Engine Check) شود. بدیهی است کلیه بررسی‌ها، تمیزکاری و تعویض این سنسور می‌بایست توسط کارشناس، برق‌کار و یا مکانیک آموزش دیده و به‌وسیله دستگاه عیب‌یاب و در تعمیرگاه مجاز انجام گیرد. 

Learn about the vehicle's engine intake manifold air temperature (MAT) sensor and how it works.

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