บทบาทของ AFM, MAF, และ MAP
ในระบบเครื่องยนต์
เซนเซอร์เหล่านี้มีบทบาทหลักในการวัดปริมาณอากาศที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์ เพื่อให้ ECU (Electronic Control Unit) คำนวณอัตราส่วนอากาศ-น้ำมันเชื้อเพลิงที่เหมาะสมในการเผาไหม้ ข้อมูลที่ได้จากเซนเซอร์เหล่านี้จึงมีความสำคัญในการปรับการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อให้เกิดการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในทุกสภาพการทำงานของเครื่องยนต์
1. AFM (Air Flow Meter)
หลักการทำงาน:
• AFM วัดปริมาตรอากาศที่ไหลผ่านเข้าสู่เครื่องยนต์โดยใช้ระบบกลไก เช่น แผ่นปีกผีเสื้อ (Flapper Door) ที่จะเคลื่อนที่ตามปริมาณอากาศที่ไหลเข้า ข้อมูลการเคลื่อนที่นี้จะถูกส่งไปยัง ECU เพื่อให้ ECU คำนวณปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงให้สัมพันธ์กับปริมาตรอากาศที่เข้ามา
ข้อดี:
• โครงสร้างเรียบง่าย เหมาะกับเครื่องยนต์ที่ใช้เทคโนโลยีพื้นฐาน
• ไม่ต้องการการปรับจูนที่ซับซ้อน สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่ความดันไม่สูงเกินไป
ข้อเสีย:
• ขาดความแม่นยำ เนื่องจากไม่ได้วัดมวลอากาศจริง จึงไม่สามารถคำนึงถึงความเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นอากาศได้ดี
• ตอบสนองช้า เนื่องจากใช้กลไกแบบแผ่นปีกผีเสื้อ ทำให้เกิดการสะดุดในการจ่ายน้ำมันเมื่อต้องการการตอบสนองที่รวดเร็ว
ความเหมาะสม:
• AFM เหมาะกับเครื่องยนต์ NA (Naturally Aspirated) ที่ไม่มีระบบอัดอากาศ (Turbo หรือ Supercharger) เนื่องจากไม่สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในความดันได้ดี หากใช้ในเครื่องยนต์เทอร์โบอาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการจ่ายน้ำมันเมื่อความดันอากาศเปลี่ยนแปลงรวดเร็ว
2. MAF (Mass Air Flow Sensor)
หลักการทำงาน:
• MAF ใช้เซนเซอร์แบบ Hot-Wire หรือ Hot-Film ที่วัดมวลอากาศที่ไหลผ่านเข้ามาจริง ๆ โดยการไหลของอากาศจะลดอุณหภูมิของลวดความร้อน ซึ่งเซนเซอร์จะคำนวณการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ต้องใช้เพื่อรักษาอุณหภูมิเดิม ซึ่งสัมพันธ์กับมวลอากาศที่ไหลผ่าน ข้อมูลนี้จะส่งไปยัง ECU เพื่อนำไปใช้ในการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้เหมาะสม
ข้อดี:
• วัดมวลอากาศจริง ทำให้มีความแม่นยำสูงแม้ในสภาพที่ความหนาแน่นของอากาศเปลี่ยนแปลง เช่น ในสภาพอุณหภูมิหรือความสูงที่แตกต่างกัน
• ตอบสนองเร็ว เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ทำให้การคำนวณปริมาณอากาศเกิดขึ้นได้ทันที
ข้อเสีย:
• ค่าใช้จ่ายสูงกว่า AFM เนื่องจากใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อนกว่า
• อาจสกปรกได้ง่าย โดยเฉพาะในเครื่องยนต์ที่ไม่มีกรองอากาศที่ดี เนื่องจากสิ่งสกปรกอาจเกาะบนเซนเซอร์ได้
ความเหมาะสม:
• MAF เหมาะกับเครื่องยนต์ทั้ง NA และ Turbo เนื่องจากสามารถคำนวณมวลอากาศได้แม่นยำ แม้ในกรณีที่มีการเพิ่มความดันจากเทอร์โบ จึงทำให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์ที่ต้องการความแม่นยำสูงและตอบสนองรวดเร็ว
3. MAP (Manifold Absolute Pressure Sensor)
หลักการทำงาน:
• MAP วัดความดันสัมบูรณ์ในท่อร่วมไอดี (Intake Manifold) หลังจากปีกผีเสื้อ โดยใช้ข้อมูลความดันนี้ร่วมกับข้อมูลจากเซนเซอร์อื่น ๆ เช่น อุณหภูมิของอากาศและความเร็วรอบเครื่องยนต์เพื่อให้ ECU คำนวณปริมาณมวลอากาศโดยอ้อม ข้อมูลจาก MAP จะช่วยให้ ECU คำนวณปริมาณน้ำมันที่เหมาะสมในการเผาไหม้
ข้อดี:
• ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ทำให้ทนทานและไม่ต้องการการบำรุงรักษาบ่อย
• สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงในความดันได้ดี โดยเฉพาะในเครื่องยนต์เทอร์โบที่ความดันในท่อร่วมไอดีมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
ข้อเสีย:
• ความแม่นยำในการคำนวณมวลอากาศต่ำกว่า MAF เนื่องจากวัดมวลอากาศโดยอ้อม
• อาจต้องอาศัยการปรับจูนที่แม่นยำขึ้น เนื่องจากคำนวณปริมาณอากาศจากหลายตัวแปร ทำให้มีความคลาดเคลื่อนได้ในบางกรณี
ความเหมาะสม:
• MAP เหมาะกับเครื่องยนต์เทอร์โบเป็นพิเศษ เพราะสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของความดันในท่อร่วมไอดีได้ดี ในขณะที่ในเครื่องยนต์ NA สามารถใช้งานได้เช่นกันแต่ต้องการการปรับจูนที่แม่นยำมากขึ้น
สรุป
• AFM: เหมาะกับเครื่องยนต์ NA ที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูง เนื่องจากวัดแค่ปริมาตรอากาศเท่านั้น
• MAF: เหมาะกับทั้ง NA และ Turbo เนื่องจากวัดมวลอากาศได้แม่นยำและตอบสนองเร็ว เหมาะกับเครื่องยนต์ที่ต้องการการจ่ายน้ำมันที่แม่นยำ
• MAP: เหมาะกับเครื่องยนต์ Turbo โดยเฉพาะ เนื่องจากวัดความดันในท่อร่วมไอดีได้ดี
สำหรับเครื่องยนต์เทอร์โบที่ใช้ในการแข่งขัน หรือรถแข่ง F1 จะเลือกใช้อุปกรณ์วัดที่เหมาะสมกับการทำงานที่ต้องการความแม่นยำสูง ความทนทาน และการตอบสนองรวดเร็ว โดยทั่วไปจะใช้ MAP Sensor ร่วมกับ MAF Sensor เพื่อให้การวัดมวลอากาศและความดันมีประสิทธิภาพสูงสุด ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของทีมแข่งและการออกแบบเครื่องยนต์
เหตุผลในการเลือกใช้งาน MAP และ MAF สำหรับเครื่องยนต์เทอร์โบในการแข่งขัน
1. MAP Sensor:
• การวัดความดันสัมบูรณ์ (Absolute Pressure): ในเครื่องยนต์เทอร์โบสำหรับการแข่งขัน ความดันในท่อร่วมไอดีจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตามการทำงานของเทอร์โบ โดยเฉพาะเมื่อเครื่องยนต์ทำงานในรอบสูงและการเพิ่มแรงอัด MAP Sensor สามารถวัดแรงดันได้อย่างแม่นยำและตอบสนองรวดเร็ว ทำให้ ECU คำนวณปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่เหมาะสมได้ดี
• ความทนทาน: MAP Sensor ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว จึงมีความทนทานสูง เหมาะกับสภาพแวดล้อมการแข่งขันที่มีการสั่นสะเทือนและความร้อนสูง
2. MAF Sensor:
• การวัดมวลอากาศที่แม่นยำ: ในบางกรณี เครื่องยนต์แข่งเทอร์โบอาจใช้ MAF Sensor ร่วมกับ MAP Sensor เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการคำนวณอัตราส่วนอากาศ-น้ำมันเชื้อเพลิง โดย MAF จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับมวลอากาศที่ไหลเข้า ซึ่งมีความสำคัญต่อการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพและสมรรถนะสูงสุดของเครื่องยนต์
• การตอบสนองรวดเร็ว: MAF Sensor ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของมวลอากาศได้รวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับการแข่งขันที่มีการเร่งรอบอย่างต่อเนื่องและต้องการการจ่ายน้ำมันที่รวดเร็ว
ระบบวัดอากาศใน F1
ใน F1 โดยทั่วไปจะใช้ MAP Sensor ร่วมกับ TPS (Throttle Position Sensor) และเซนเซอร์อื่น ๆ โดยปัจจัยหลักที่ทำให้ MAP เป็นที่นิยมกว่า MAF ใน F1 มีดังนี้:
• ไม่มีการใช้ท่อร่วมไอดีแบบดั้งเดิม: เครื่องยนต์ F1 มักใช้ระบบไอดีแบบแยกท่อ (Individual Throttle Bodies - ITBs) ซึ่งไม่มีท่อร่วมไอดีแบบรวมศูนย์ ทำให้การติดตั้ง MAF ยากลำบาก เพราะอากาศถูกดูดเข้าผ่านท่อแต่ละสูบโดยตรง
• ความแม่นยำในการวัดที่สูงขึ้นจาก MAP ร่วมกับ TPS: ระบบไอดีใน F1 ใช้ MAP ร่วมกับ TPS ซึ่งสามารถคำนวณการไหลของอากาศเข้าแต่ละสูบได้ละเอียด อีกทั้งยังช่วยลดการหน่วงของเซนเซอร์และคำนวณปริมาณอากาศได้แม่นยำขึ้น
ข้อสรุปในการพิจารณาเลือกใช้
• ในการแข่งขันระดับสูง เช่น F1 หรือเครื่องยนต์เทอร์โบที่มีสมรรถนะสูงสำหรับรถแข่ง มักใช้ MAP Sensor ร่วมกับเซนเซอร์อื่น ๆ เช่น TPS เพื่อความแม่นยำและความทนทานที่เหมาะสมกับการแข่ง
• MAF Sensor อาจใช้ร่วมกับ MAP Sensor ในเครื่องยนต์แข่งเทอร์โบที่ต้องการวัดมวลอากาศ แต่ใน F1 ที่ใช้ระบบ ITBs มักไม่ใช้ MAF
