Praca silników samochodowych opiera się na procesie spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. W celu zapewnienia jego poprawnego przebiegu, czyli uzyskania maksymalnej sprawności i możliwie najniższej emisji toksycznych substancji chemicznych, zawartych w spalinach, konieczne jest dostarczenie do komór spalania odpowiednich ilości tlenu zawartego w zasysanym powietrzu.

Najkorzystniejsze warunki spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrach silnika występują przy tzw. stechiometrycznym jej składzie, w którym na każdy kilogram paliwa przypada 14,7 kg powietrza. Niestety, w czasie eksploatacji pojazdów, czyli w warunkach rzeczywistych (drogowych), ilość podawanego paliwa, a tym samym i skład mieszanki paliwowo-powietrznej ulega istotnym dla funkcjonowania silnika zmianom wynikającym z konieczności zapewnienia najbardziej optymalnego dla aktualnych warunków pracy silnika procesu spalania. Rozbieżności w stosunkach ilościowych paliwa do powietrza, w zależności od obciążenia silnika i warunków otoczenia, są bardzo duże (przy uruchamianiu silnika w ujemnych temperaturach otoczenia potrzebna jest od 17 do 21 razy większa dawka paliwa niż w przypadku rozruchu nagrzanego silnika).
Warunkiem zapewnienia samochodowym silnikom spalinowym właściwych warunków pracy, a tym samym uzyskania niskiego zużycia paliwa oraz spełnienia norm dotyczących emisji szkodliwych substancji zawartych w spalinach, jest stosowanie elektronicznych systemów sterujących wtryskiem paliwa, otrzymujących w czasie rzeczywistym informacje z wielu czujników. W elektronicznych systemach sterujących tego typu dobór składu mieszanki paliwowo-powietrznej sprowadza się do określenia ilości (masy) zasysanego w danym cyklu pracy przez silnik powietrza i przeliczenia oraz dostosowania dawki paliwa niezbędnej do spalenia. Zadaniem sterownika systemu sterowania silnika, po otrzymaniu informacji o chwilowej ilości i temperaturze zasysanego powietrza, jest dobór (z zapisanej w swojej pamięci tzw. mapy) czasu otwarcia wtryskiwaczy zapewniającego podanie ilości paliwa koniecznej do uzyskania w komorach spalania mieszanki o składzie stechiometrycznym.
Dokonywanie pomiaru ilości powietrza dostarczanego do komory spalania realizowane jest w sposób pośredni w czasie rzeczywistym. Powietrze podawane do komór spalania przepływa przez czujnik przedstawiający chwilową wartość sygnału odpowiadającą masie powietrza przypadającej na jeden cykl pracy w postaci elektronicznej (zmiany napięcia, natężenia prądu, zmiany oporności elementów mierzących lub częstotliwości sygnału).
W pojazdach samochodowych stosowane są różne sposoby pomiaru ilości powietrza dostarczanego do komór spalania. Wyróżnić wśród nich należy kilka.
Pomiar mechaniczno-elektryczny – stosowany w starszych konstrukcjach pojazdów. Przy tej metodzie czujnik przepływu powietrza ma postać przepustnicy zamykającej rurę dolotową, na osi której zamocowany jest potencjometr. Przepustnica wychylana jest w zależności od intensywności przepływu powietrza. Obrót osi przepustnicy powoduje zmianę oporności potencjometru. Przy zastosowaniu tej metody pomiaru przepływu powietrza konieczny jest ponadto ciągły pomiar temperatury powietrza opływającego czujnik, umożliwiający obliczenie jego gęstości w celu wprowadzenia poprawek do obliczenia dawki paliwa.
Pomiar ciśnienia w kolektorze ssącym z jednoczesnym odczytem temperatury powietrza przepływającego w pobliżu czujnika ciśnienia.
Pomiar z wykorzystaniem ultradźwięków – w którym w strumieniu przepływającego powietrza umieszczony jest generator drgań wywołujących drobne zawirowania (za generatorem znajduje się nadajnik ultradźwiękowy, a naprzeciwko niego umieszczony jest mikrofon). Wartość natężenia przepływu powietrza i powodowane w zależności od tej wartości zawirowania wywoływane przez generator mają bezpośredni wpływ na kształt fali ultradźwiękowej docierającej do mikrofonu. Większe natężenie przepływu powietrza powoduje zwiększoną amplitudę fali ultradźwiękowej.
Pomiar z wykorzystaniem elementu grzejnego – wykorzystujący czujnik elektroniczny odczytujący różnicę przepływu prądu w przewodniku oporowym, wokół którego przepływa powietrze w zależności od jego temperatury. Stosowane czujniki mają dwa zasilane elementy oporowe, z których pierwszy mierzy temperaturę przepływającego powietrza, stanowiąc zarazem punkt odniesienia dla drugiego, który jest dynamicznie rozgrzewany zasilającym go prądem i zmienia swoją temperaturę w zależności od natężenia przepływu powietrza. Pomiar realizowany jest poprzez określenie wielkości prądu niezbędnego w danej chwili do utrzymania temperatury drugiego elementu oporowego na poziomie pierwszego.
Tego typu zasada działania wykorzystywana jest w przepływomierzach:
- z gorącym drutem (HLM),
- z gorącą warstwą (HFM).

Konstrukcje przepływomierzy z gorącym drutem charakteryzują się następującymi zaletami:
- dokładnym pomiarem przepływającego powietrza,
- stosunkowo szybką reakcją na wahania strumienia powietrza,
- dobrym przystosowaniem się do warunków eksploatacyjnych silnika,
- znikomym zużyciem mechanicznym w trakcie eksploatacji,
- właściwym pomiarem przy różnicach temperaturowych zasysanego powietrza,
- możliwością montażu w dowolnym położeniu.

Przepływomierze powietrza tego typu odporne są na jakiekolwiek usterki. Do ewentualnych wad tej konstrukcji zaliczyć trzeba delikatność żarnika oraz czułość pomiaru na nieszczelność kolektora dolotowego, a także zakłócenia powstające przy dłuższym okresie eksploatacji, spowodowane osadzeniem się zanieczyszczeń na żarniku.
Drugim typem przepływomierzy tego typu są konstrukcje z gorącą warstwą. Są one udoskonaloną konstrukcją przepływomierzy z gorącym drutem. Wykorzystywane są w tych przepływomierzach płytki pomiarowe, dzięki którym mają one wiele zalet w porównaniu z poprzednią konstrukcją.

Zaliczyć do nich trzeba:
- miniaturyzację,
- większą odporność na zanieczyszczenia,
- możliwość usuwania zanieczyszczeń w trakcie konserwacji.

Tego typu przepływomierze dzielą się ponadto na:
- HFM2 – z płytką pomiarową umieszczoną centralnie w kanale dolotowym,
- HFM5 – z płytką pomiarową umieszczoną w kanale bocznikującym, umożliwiającą dodatkowo rozpoznanie kierunku przepływu powietrza.
Trwałość stosowanych obecnie w pojazdach samochodowych przepływomierzy przewidywana jest przy zapewnieniu regularnej, określonej przez producenta pojazdu wymianie filtrów powietrza na około 100 tysięcy km przebiegu. W przypadku nieprawidłowego funkcjonowania przepływomierza najprostszą czynnością diagnostyczną jest odczyt kodów usterek i parametrów zamrożonych z pamięci sterownika. W celu określenia przyczyny powstania usterki w pamięci sterownika wykorzystuje się funkcje odczytu parametrów bieżących.
Diagnozowanie przepływomierzy należy rozpocząć od oględzin samego przepływomierza i układu dolotowego powietrza. Należy sprawdzić szczelność układu oraz stan jego czystości. Konieczne jest również sprawdzenie wtyczki elektrycznej. Następnie należy przeprowadzić oględziny samego elementu pomiarowego. Wyeliminować w ten sposób można ewentualne uszkodzenia mechaniczne, występujące często w pojazdach wyposażonych w gazową instalację zasilającą.
Diagnozowanie przepływomierzy może być realizowane poprzez pomiar rezystancji przy wyłączonym silniku i odłączonym przepływomierzu lub napięcia przy przepływomierzu zasilanym i silniku wyłączonym lub pracującym.
Po upewnieniu się co do prawidłowości napięcia zasilania przeprowadza się kontrolę sygnału masowego przepływu powietrza. W tym celu należy podłączyć oscyloskop do przewodu sygnałowego, a następnie uruchomić silnik i przyspieszyć, a otrzymane wykresy porównać z przebiegiem wzorcowym.
Następnie przeprowadza się pomiar rezystancji czujnika temperatury powietrza oraz sprawdza wartość sygnału w przypadku braku przepływu powietrza, jak również dla przepływu zwrotnego.
W celu sprawdzenia poprawności funkcjonowania przepływomierza można porównać jego odczyty z:
- masą obliczoną na podstawie wartości objętości w zależności od prędkości obrotowej, uzyskanej z zapamiętanej w sterowniku charakterystyki po zmierzeniu ciśnienia i temperatury zasysanego powietrza;
- masą, której wartość jest funkcją prędkości obrotowej silnika i położenia przepustnicy, uzyskaną z mapy charakterystyk silnika zawartych w pamięci.

mgr Andrzej Kowalewski