¿Qué es un medidor de flujo de aire para automóviles?
El sensor de flujo de aire, también conocido como caudalímetro, es uno de los sensores importantes en los motores de inyección electrónica de combustible. Convierte el flujo de aire aspirado en una señal eléctrica y la envía a la unidad de control electrónico (ECU), que sirve como una de las señales básicas para determinar la inyección de combustible y también como sensor para medir el flujo de aire que ingresa al motor.
En un sistema de inyección electrónica de combustible, el sensor que mide la cantidad de aire que ingresa al motor, denominado sensor de flujo de aire, es uno de los componentes clave para determinar la precisión del sistema. Si la precisión de control de la relación aire-combustible (A/F) de la mezcla de aire y combustible que ingresa al motor se especifica en ±1,0, el margen de error admisible del sistema es de ±6% a 7%. Al distribuir este margen de error entre todos los componentes del sistema, el margen de error admisible del sensor de flujo de aire es de ±2% a 3%.
La relación entre el flujo de aire de admisión máximo y mínimo de un motor de gasolina (máx/mín) oscila entre 40 y 50 en un sistema de aspiración natural y entre 60 y 70 en un sistema turboalimentado. Dentro de este rango, el sensor de flujo de aire debe mantener una precisión de medición de ±2 a 3 %. El sensor de flujo de aire utilizado en el sistema de inyección electrónica de combustible no solo debe mantener la precisión de medición en un amplio rango, sino que también debe tener una excelente respuesta, ser capaz de medir flujos de aire pulsantes y el procesamiento de la señal de salida debe ser sencillo.
Según las diferentes características del sensor de flujo de aire, el sistema de control de combustible se clasifica en control tipo L, que mide directamente el volumen de admisión, y control tipo D, que lo mide indirectamente según el método de medición. El volumen de admisión se mide indirectamente a partir de la presión negativa del colector de admisión y la velocidad del motor. En el modo de control tipo D, la ROM del microordenador almacena previamente el volumen de aire de admisión en diferentes estados, utilizando como parámetros la velocidad del motor y la presión en el conducto de admisión. A partir de la presión y la velocidad de admisión medidas en cada estado de funcionamiento, y consultando el volumen de aire de admisión almacenado en la ROM, el microordenador calcula el consumo de combustible. El caudalímetro utilizado en el control tipo L es básicamente el mismo que el de un sensor de flujo industrial convencional. Sin embargo, se adapta al entorno exigente de los automóviles y, además, requiere una respuesta precisa a los cambios bruscos de flujo al pisar el acelerador, así como una detección de alta precisión en flujos de aire irregulares debido a la forma de los colectores de admisión antes y después del sensor.
El sistema inicial de control electrónico de inyección de combustible no utilizaba microcomputadoras, sino un circuito analógico. En aquel entonces, se empleaba un sensor de flujo de aire de tipo válvula, pero con la incorporación de las microcomputadoras al control de la inyección de combustible, surgieron otros tipos de sensores de flujo de aire.
Estructura del sensor de flujo de aire tipo válvula.
El sensor de flujo de aire tipo válvula se instala en el motor de gasolina, entre el filtro de aire y la mariposa. Su función es detectar el volumen de aire de admisión del motor y convertir los resultados de la detección en señales eléctricas, que luego se envían al microordenador. Este sensor se compone de dos partes: un caudalímetro y un potenciómetro.
Primero, analicemos el funcionamiento del sensor de flujo de aire. El aire aspirado por el filtro se dirige rápidamente hacia la válvula. Esta se detiene en la posición donde el volumen de admisión se equilibra con el resorte de retorno. Es decir, el grado de apertura de la válvula es directamente proporcional al volumen de admisión. En el eje giratorio de la válvula también se instala un potenciómetro. El brazo deslizante del potenciómetro gira sincrónicamente con la válvula. La caída de tensión en la resistencia deslizante se utiliza para convertir el grado de apertura de la placa de medición en una señal eléctrica, que luego se introduce en el circuito de control.
Sensor de flujo de aire de vórtice Kaman
Para superar las limitaciones de los sensores de flujo de aire de tipo válvula, es decir, para ampliar el rango de medición manteniendo la precisión y eliminando los contactos deslizantes, se ha desarrollado un sensor de flujo de aire pequeño y ligero: el sensor de flujo de aire de vórtice de Karman. El vórtice de Karman es un fenómeno físico. El método de detección del vórtice y el circuito de control electrónico no influyen en absoluto en la precisión de la detección. El área del paso de aire y el cambio de tamaño de la columna generadora del vórtice determinan la precisión de la detección. Además, dado que la salida de este tipo de sensor es una señal electrónica (frecuencia), al introducir señales en el circuito de control del sistema, se puede omitir un convertidor AD. Por lo tanto, en esencia, el sensor de flujo de aire de vórtice de Karman genera una señal apta para el procesamiento por microcomputadora. Este sensor presenta las siguientes tres ventajas: alta precisión de medición, capacidad para generar señales lineales y procesamiento de señal sencillo; su rendimiento se mantiene inalterable incluso tras un uso prolongado. Dado que detecta el caudal volumétrico, no es necesario corregir la temperatura ni la presión atmosférica.
Cuando se genera un vórtice de Karman, este cambia con la variación de velocidad y presión. El principio básico de la detección de flujo consiste en aprovechar el cambio de velocidad dentro de dicho vórtice. Las señales son ondas cuadradas y señales digitales. Cuanto mayor sea el volumen de admisión, mayor será la frecuencia del vórtice de Karman y, por consiguiente, mayor será la frecuencia de la señal de salida del sensor de flujo de aire.
El sensor de flujo de aire con compensación de temperatura y presión se utiliza principalmente para la medición de flujo de diversos fluidos en tuberías industriales, como gas, líquido, vapor, etc. Sus características incluyen baja pérdida de presión, amplio rango de medición, alta precisión y es prácticamente insensible a parámetros como la densidad, la presión, la temperatura y la viscosidad del fluido al medir el caudal volumétrico en condiciones de funcionamiento. No tiene partes mecánicas móviles, por lo que es altamente fiable y requiere poco mantenimiento. Los parámetros del instrumento pueden permanecer estables durante mucho tiempo. Este instrumento adopta sensores de tensión piezoeléctricos, que son altamente fiables y pueden operar dentro de un rango de temperatura de trabajo de -10 ℃ a +300 ℃. Tiene salida de señales analógicas estándar y señales de pulso digitales, lo que facilita su uso junto con sistemas digitales como ordenadores. Es un caudalímetro relativamente avanzado e ideal.
La principal ventaja de los sensores de flujo de aire radica en que el coeficiente del instrumento no se ve afectado por las propiedades físicas del medio medido y puede extenderse de un medio típico a otros. Sin embargo, debido a la significativa diferencia en los rangos de caudal de líquidos y gases, los rangos de frecuencia también varían considerablemente. En el circuito amplificador para el procesamiento de señales de vórtice, la banda de paso del filtro es diferente, al igual que los parámetros del circuito. Por lo tanto, no se pueden utilizar los mismos parámetros de circuito para medir diferentes interfaces.
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