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Un sensor de flujo de masa (aire) ( MAF ) es un sensor que se utiliza para determinar el caudal másico de aire que ingresa a un motor de combustión interna con inyección de combustible .
La información de la masa de aire es necesaria para que la unidad de control del motor (ECU) equilibre y entregue la masa de combustible correcta al motor. El aire cambia su densidad con la temperatura y la presión. En aplicaciones automotrices, la densidad del aire varía con la temperatura ambiente , la altitud y el uso de inducción forzada , lo que significa que los sensores de flujo másico son más apropiados que los sensores de flujo volumétrico para determinar la cantidad de aire de admisión en cada cilindro.
Existen dos tipos comunes de sensores de flujo de masa de aire que se utilizan en los motores de los automóviles: el medidor de paletas y el de cable caliente. Ninguno de estos diseños emplea tecnología que mida la masa de aire directamente. Sin embargo, con sensores y entradas adicionales, la ECU de un motor puede determinar el caudal de masa del aire de admisión.
Ambos enfoques se utilizan casi exclusivamente en motores de inyección electrónica de combustible (EFI). Ambos diseños de sensores emiten una señal de 0,0 a 5,0 voltios o una modulación por ancho de pulso (PWM) que es proporcional al caudal de masa de aire, y ambos sensores tienen un sensor de temperatura del aire de admisión (IAT) incorporado en sus carcasas para la mayoría de los vehículos con diagnóstico a bordo posterior (OBDII). Los vehículos anteriores a 1996 podían tener MAF sin un IAT. Un ejemplo es el Infiniti Q45 de 1994 .
Cuando se utiliza un sensor MAF junto con un sensor de oxígeno , la relación aire/combustible del motor se puede controlar con mucha precisión. El sensor MAF proporciona al controlador de circuito abierto información del flujo de aire previsto (el flujo de aire medido) a la ECU, y el sensor de oxígeno proporciona retroalimentación de circuito cerrado para realizar correcciones menores a la masa de aire prevista. Véase también sensor de presión absoluta del colector ( sensor MAP ). Desde aproximadamente 2012, algunos sensores MAF incluyen un sensor de humedad . [1]
El sensor VAF (flujo de aire de paletas) mide el impulso del flujo de aire que ingresa al motor con una paleta de aire accionada por resorte (aleta/puerta) unida a una resistencia variable ( potenciómetro ). La paleta se mueve en proporción al impulso del flujo de aire. Se aplica un voltaje al potenciómetro y aparece un voltaje en el terminal de salida del potenciómetro proporcional al ángulo en que gira la paleta, o el movimiento de la paleta puede regular directamente la cantidad de combustible inyectado , como en el sistema K-Jetronic .
Muchos sensores VAF tienen un tornillo de ajuste de aire y combustible, que abre o cierra un pequeño paso de aire en el costado del sensor VAF. Este tornillo controla la mezcla de aire y combustible al permitir que una cantidad medida de aire fluya a través de la válvula de aire, lo que empobrece o enriquece la mezcla. Al girar el tornillo en el sentido de las agujas del reloj, se enriquece la mezcla y en el sentido contrario, se empobrece la mezcla.
La paleta se mueve debido a la fuerza de arrastre del flujo de aire contra ella; no mide el volumen ni la masa directamente. La fuerza de arrastre depende de la densidad del aire (la densidad del aire, a su vez, depende de la temperatura del aire), la velocidad del aire y la forma de la paleta, consulte la ecuación de arrastre . Algunos sensores VAF incluyen un sensor de temperatura del aire de admisión adicional (sensor IAT) para permitir que la ECU del motor calcule la densidad del aire y el suministro de combustible en consecuencia.
El método del medidor de paletas tiene algunas desventajas:
Un sensor de flujo de aire de masa de alambre caliente determina la masa de aire que fluye hacia el sistema de admisión de aire del motor. La teoría de funcionamiento del sensor de flujo de aire de masa de alambre caliente es similar a la del anemómetro de alambre caliente (que determina la velocidad del aire). Esto se logra calentando un alambre suspendido en la corriente de aire del motor, como el alambre de una tostadora, aplicando un voltaje constante sobre el alambre. La resistencia eléctrica del alambre aumenta a medida que aumenta la temperatura del alambre, lo que varía la corriente eléctrica que fluye a través del circuito, de acuerdo con la ley de Ohm . Cuando el aire fluye más allá del alambre, el alambre se enfría, disminuyendo su resistencia, lo que a su vez permite que fluya más corriente a través del circuito, ya que el voltaje de suministro es constante. A medida que fluye más corriente, la temperatura del alambre aumenta hasta que la resistencia alcanza el equilibrio nuevamente. El aumento o disminución de la corriente es proporcional a la masa de aire que fluye más allá del alambre. El circuito electrónico integrado convierte la medición proporcional en un voltaje proporcional que se envía a la ECU. [2]
Si la densidad del aire aumenta debido a un aumento de presión o una caída de temperatura, pero el volumen de aire permanece constante, el aire más denso eliminará más calor del cable, lo que indica un mayor flujo de aire masivo. A diferencia del elemento sensor de paletas del medidor de paletas, el cable caliente responde directamente a la densidad del aire. Las capacidades de este sensor son adecuadas para respaldar el proceso de combustión de gasolina, que responde fundamentalmente a la masa de aire, no al volumen de aire. (Ver estequiometría ).
Este sensor a veces emplea un tornillo de mezcla, pero este tornillo es completamente electrónico y utiliza una resistencia variable (potenciómetro) en lugar de un tornillo de derivación de aire. El tornillo necesita más vueltas para lograr los resultados deseados. En algunos de estos sensores se emplea un circuito de limpieza por quemado de alambre caliente. Un relé de quemado aplica una corriente alta a través del alambre caliente de platino después de que el vehículo se apaga durante aproximadamente un segundo, quemando o vaporizando así cualquier contaminante que se haya adherido al elemento de alambre caliente de platino.
El sensor MAF de película caliente funciona de manera similar al sensor MAF de cable caliente, pero en su lugar suele emitir una señal de frecuencia. Este sensor utiliza una rejilla de película caliente en lugar de un cable caliente. [3] Se encuentra comúnmente en vehículos con inyección de combustible a fines de la década de 1980 y principios de la década de 1990. La frecuencia de salida es directamente proporcional a la masa de aire que ingresa al motor. Por lo tanto, a medida que aumenta el flujo de masa, también lo hace la frecuencia. Estos sensores tienden a causar problemas intermitentes debido a fallas eléctricas internas. Se recomienda enfáticamente el uso de un osciloscopio para verificar la frecuencia de salida de estos sensores. La distorsión de frecuencia también es común cuando el sensor comienza a fallar. Muchos técnicos en el campo utilizan una prueba de toma con resultados muy concluyentes. No todos los sistemas HFM emiten una frecuencia. En algunos casos, este sensor funciona emitiendo una señal de voltaje variable regular.
Un micropuente utiliza los mismos principios pero dispuestos en un chip de silicio. [4]
La serie de motores GM LS (así como otras) utiliza un sistema MAF de cable frío (producido por AC Delco) que funciona de manera similar al sistema MAF de cable caliente; sin embargo, utiliza una resistencia "fría" adicional para medir el aire ambiente y proporcionar una referencia para el elemento de resistencia "caliente" utilizado para medir el flujo de aire. [5]
La malla del MAF se utiliza para suavizar el flujo de aire y garantizar que los sensores tengan la mejor posibilidad de una lectura constante. No se utiliza para medir el flujo de aire en sí. En situaciones en las que los propietarios utilizan filtros de aire de gasa aceitada, es posible que el exceso de aceite cubra el sensor MAF y sesgue sus lecturas. De hecho, General Motors ha emitido un Boletín de servicio técnico, indicando problemas que van desde un ralentí irregular hasta posibles daños en la transmisión como resultado de los sensores contaminados. Para limpiar los delicados componentes del sensor MAF, se debe utilizar un limpiador específico para sensores MAF o un limpiador de componentes electrónicos , no limpiadores de carburador o de frenos, que pueden ser demasiado agresivos químicamente. En cambio, la fase líquida de los limpiadores de sensores MAF y de componentes electrónicos se basa típicamente en hexanos o heptanos con poco o ningún contenido de alcohol y utiliza dióxido de carbono o HFC-152a como propulsores de aerosol . Los sensores deben rociarse suavemente desde una distancia cuidadosa para evitar dañarlos físicamente y luego dejar que se sequen completamente antes de volver a instalarlos. Los fabricantes afirman que una prueba simple pero extremadamente confiable para garantizar el correcto funcionamiento es golpear la unidad con la parte posterior de un destornillador mientras el automóvil está en marcha y, si esto provoca algún cambio en la frecuencia de salida, se debe descartar la unidad y se debe instalar un reemplazo OEM.
Un sensor de vórtices de Kármán funciona interrumpiendo la corriente de aire con un arco perpendicular. Si el flujo entrante es laminar , la estela consiste en un patrón oscilatorio de vórtices de Kármán. La frecuencia del patrón resultante es proporcional a la velocidad del aire.
Estos vórtices pueden leerse directamente como un pulso de presión contra un sensor, o pueden hacerse colisionar con un espejo que luego interrumpirá o transmitirá un haz de luz reflejado para generar los pulsos en respuesta a los vórtices. El primer tipo solo se puede usar en aire de arrastre (antes de un turbo o supercargador ), mientras que el segundo tipo podría usarse teóricamente en aire de empuje o de arrastre (antes o después de una aplicación de inducción forzada como el supercargador o turbocompresor mencionado anteriormente ). En lugar de emitir un voltaje constante modificado por un factor de resistencia, este tipo de MAF emite una frecuencia que luego debe ser interpretada por la ECU. Este tipo de MAF se puede encontrar en todos los DSM (Mitsubishi Eclipse, Eagle Talon, Plymouth Laser), muchos Mitsubishi, algunos Toyota y Lexus, y algunos BMW, entre otros. [6]
Una tecnología emergente utiliza una membrana electrónica muy delgada colocada en la corriente de aire. La membrana tiene un sensor de temperatura de película delgada impreso en el lado de entrada y otro en el lado de salida. Un calentador está integrado en el centro de la membrana que mantiene una temperatura constante similar al enfoque del alambre caliente. Sin ningún flujo de aire, el perfil de temperatura a través de la membrana es uniforme. Cuando el aire fluye a través de la membrana, el lado de entrada se enfría de manera diferente al lado de salida. La diferencia entre la temperatura de entrada y salida indica el flujo de aire másico. El sensor de membrana térmica también es capaz de medir el flujo en ambas direcciones, lo que a veces ocurre en situaciones pulsantes. El progreso tecnológico permite que este tipo de sensor se fabrique a escala microscópica como microsensores utilizando tecnología de sistemas microelectromecánicos . Un microsensor de este tipo alcanza una velocidad y sensibilidad significativamente mayores en comparación con los enfoques macroscópicos . Consulte también Generaciones de sensores MEMS .
Los elementos de flujo laminar miden directamente el flujo volumétrico de los gases. Funcionan según el principio de que, dado el flujo laminar, la diferencia de presión a través de una tubería es linealmente proporcional al caudal. Las condiciones de flujo laminar se dan en un gas cuando el número de Reynolds del gas está por debajo de la cifra crítica. La viscosidad del fluido debe compensarse en el resultado. Los elementos de flujo laminar suelen construirse a partir de una gran cantidad de tuberías paralelas para lograr el caudal requerido.