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Un sensor de flujo másico (de 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 sobre 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.
Hay dos tipos comunes de sensores de flujo de aire masivo que se utilizan en motores de automóviles. Estos son el medidor de paletas y el hilo caliente. Ninguno de los 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 másico de 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 de modulación de ancho de pulso (PWM) que es proporcional al caudal másico de aire, y ambos sensores tienen un sensor de temperatura del aire de admisión (IAT) incorporado en sus carcasas para la mayoría de los post-encendidos . Vehículos con diagnóstico de placa (OBDII). Los vehículos anteriores a 1996 podían tener MAF sin 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 hacia el motor con una paleta de aire cargada 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 de rotación de 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-combustible que abre o cierra un pequeño conducto de aire en el costado del sensor VAF. Este tornillo controla la mezcla de aire y combustible al dejar que una cantidad medida de aire fluya a través de la trampilla de aire, inclinando o enriqueciendo así la mezcla. Girando el tornillo en el sentido de las agujas del reloj se enriquece la mezcla y en el sentido contrario se empobrece.
La paleta se mueve debido a la fuerza de arrastre del flujo de aire contra ella; no mide volumen o 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, en consecuencia, el suministro de combustible.
El método del medidor de paletas tiene algunos inconvenientes:
Un sensor de flujo de masa de aire 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 masa de aire de hilo caliente es similar a la del anemómetro de hilo caliente (que determina la velocidad del aire). Esto se logra calentando un cable suspendido en la corriente de aire del motor, como el cable de una tostadora, aplicando un voltaje constante sobre el cable. La resistencia eléctrica del cable aumenta a medida que aumenta la temperatura del cable, lo que varía la corriente eléctrica que fluye a través del circuito, según la ley de Ohm . Cuando el aire pasa por el cable, el cable se enfría, lo que disminuye 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 cable aumenta hasta que la resistencia vuelve a alcanzar el equilibrio. El aumento o disminución de la corriente es proporcional a la masa de aire que pasa por el cable. El circuito electrónico integrado convierte la medida proporcional en un voltaje proporcional que se envía a la ECU. [2]
Si la densidad del aire aumenta debido al aumento de la presión o la caída de la temperatura, pero el volumen de aire permanece constante, el aire más denso eliminará más calor del cable, lo que indica un flujo de aire de mayor masa. A diferencia del elemento sensor de paleta del medidor de paletas, el cable caliente responde directamente a la densidad del aire. Las capacidades de este sensor son muy 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 usa 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 combustión aplica una corriente alta a través del cable caliente de platino después de que el vehículo se apaga durante aproximadamente un segundo, quemando o vaporizando así cualquier contaminante que se haya pegado al elemento del cable caliente de platino.
El sensor MAF de película caliente funciona de manera algo similar al sensor MAF de alambre caliente, pero generalmente emite 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 de finales de los 80 y principios de los 90. La frecuencia de salida es directamente proporcional a la masa de aire que ingresa al motor. Entonces, a medida que aumenta el flujo másico, también aumenta la frecuencia. Estos sensores tienden a causar problemas intermitentes debido a fallas eléctricas internas. Se recomienda encarecidamente el uso de un osciloscopio para comprobar 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 tap 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 dispuesto sobre un chip de silicio. [4]
La serie de motores GM LS (así como otros) 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 obtener una lectura estable. No se utiliza para medir el flujo de aire per se. En situaciones en las que los propietarios utilizan filtros de aire de gasa engrasados, es posible que el exceso de aceite cubra el sensor MAF y distorsione sus lecturas. De hecho, General Motors ha emitido un Boletín de Servicio Técnico, indicando problemas desde un ralentí brusco hasta posibles daños en la transmisión resultantes de sensores contaminados. Para limpiar los delicados componentes del sensor MAF, se debe utilizar un limpiador de sensores MAF específico o un limpiador de componentes electrónicos , no limpiadores de carburadores o frenos, que pueden ser demasiado agresivos químicamente. En cambio, la fase líquida de los limpiadores de sensores MAF y de productos electrónicos generalmente se basa 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 se deben rociar suavemente desde una distancia cuidadosa para evitar dañarlos físicamente y luego dejar que se sequen completamente antes de reinstalarlos. Los fabricantes afirman que una prueba simple pero extremadamente confiable para garantizar el funcionamiento correcto es golpear la unidad con la parte posterior de un destornillador mientras el automóvil está en marcha, y si esto causa algún cambio en la frecuencia de salida, entonces la unidad debe desecharse y reemplazarse por un OEM. instalado.
Un sensor de vórtice de Kármán funciona interrumpiendo la corriente de aire con un arco perpendicular. Siempre que el flujo entrante sea 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 chocar 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 con aire de tracción (antes de un turbo o sobrealimentador ), mientras que el segundo tipo, en teoría, podría usarse con aire de tracción o de empuje (antes o después de una aplicación de inducción forzada como el súper mencionado anteriormente). - o turbocompresor ). En lugar de generar un voltaje constante modificado por un factor de resistencia, este tipo de MAF genera 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 aguas arriba y uno en el lado aguas abajo. 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 aguas arriba se enfría de manera diferente que el lado aguas abajo. La diferencia entre la temperatura aguas arriba y aguas abajo 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 fabricar este tipo de sensores a escala microscópica como microsensores utilizando tecnología de sistemas microelectromecánicos . Un microsensor de este tipo alcanza una velocidad y una sensibilidad significativamente mayores en comparación con los enfoques macroscópicos . Véase también generaciones de sensores MEMS .
Los elementos de flujo laminar miden directamente el flujo volumétrico de gases. Operan según el principio de que, dado un flujo laminar, la diferencia de presión a través de una tubería es linealmente proporcional al caudal. Las condiciones de flujo laminar están presentes en un gas cuando el número de Reynolds del gas está por debajo de la cifra crítica. En el resultado se debe compensar la viscosidad del fluido. Los elementos de flujo laminar generalmente se construyen a partir de una gran cantidad de tuberías paralelas para lograr el caudal nominal requerido.