Sensor de flujo másico

Un sensor de flujo másico (de aire) ( MAF ) es un sensor que se utiliza para determinar el caudal másico de aire que entra en 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 suministre la cantidad correcta de combustible al motor. La densidad del aire varía con la temperatura y la presión. En aplicaciones automotrices, la densidad del aire varía con la temperatura ambiente , la altitud y el uso de sobrealimentación , 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.

En los motores de automóviles se utilizan dos tipos comunes de sensores de flujo de aire másico: sensores de paletas y sensores de hilo caliente. Ninguno de los dos diseños emplea tecnología que mida la masa de aire directamente. Sin embargo, con sensores y entradas adicionales, la ECU del motor puede determinar el caudal másico 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 señal de modulación por ancho de pulso (PWM) proporcional al caudal másico de aire, y ambos sensores incorporan un sensor de temperatura del aire de admisión (IAT) en sus carcasas para la mayoría de los vehículos posteriores al diagnóstico a bordo (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 gran precisión. El sensor MAF proporciona al controlador de lazo abierto la información del flujo de aire previsto (el flujo de aire medido) a la ECU, y el sensor de oxígeno proporciona retroalimentación de lazo cerrado para realizar pequeñas correcciones 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 paleta) mide el impulso del flujo de aire que ingresa al motor mediante una paleta (aleta/compuerta) accionada por resorte , conectada a una resistencia variable ( potenciómetro ). La paleta se mueve en proporción al impulso del flujo de aire. Se aplica un voltaje al potenciómetro, el cual aparece en su terminal de salida proporcional al ángulo de rotación de la paleta. Alternativamente, el movimiento de la paleta puede regular directamente la cantidad de combustible inyectado , como en el sistema K-Jetronic .

Muchos sensores VAF cuentan con un tornillo de ajuste de la mezcla aire-combustible, que abre o cierra un pequeño conducto de aire en el lateral del sensor. Este tornillo controla la mezcla aire-combustible permitiendo el paso de una cantidad medida de aire a través de la válvula, lo que permite enriquecer o empobrecer la mezcla. Al girar el tornillo en el sentido de las agujas del reloj, la mezcla se enriquece, y al girarlo en sentido contrario, se empobrece.

La paleta se mueve debido a la fuerza de arrastre del flujo de aire; no mide directamente el volumen ni la masa. Esta fuerza de arrastre depende de la densidad del aire (que a su vez depende de la temperatura), la velocidad del aire y la forma de la paleta (véase la ecuación de arrastre ). Algunos sensores VAF incluyen un sensor adicional de temperatura del aire de admisión (sensor IAT) para que la ECU del motor pueda calcular la densidad del aire y, en consecuencia, el suministro de combustible.

El método del medidor de paletas tiene algunos inconvenientes:

• restringe el flujo de aire, lo que limita la potencia del motor.
• Sus contactos eléctricos o mecánicos móviles pueden desgastarse.
• Encontrar una ubicación de montaje adecuada dentro de un compartimento del motor reducido es problemático.
• La paleta debe estar orientada con respecto a la gravedad.
• En algunos fabricantes, el control de la bomba de combustible también formaba parte del cableado interno del VAF.

Un sensor de flujo de aire de hilo caliente determina la masa de aire que ingresa al sistema de admisión de aire del motor. Su funcionamiento es similar al del anemómetro de hilo caliente (que determina la velocidad del aire). Esto se logra calentando un hilo suspendido en la corriente de aire del motor, como el de una tostadora, mediante la aplicación de un voltaje constante . La resistencia eléctrica del hilo aumenta con su temperatura, lo que varía la corriente eléctrica que fluye a través del circuito, según la ley de Ohm . Cuando el aire fluye a través del hilo, este se enfría, disminuyendo su resistencia, lo que a su vez permite que fluya más corriente, ya que el voltaje de alimentación es constante. A medida que fluye más corriente, la temperatura del hilo 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 a través del hilo. 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 incremento de presión o una disminución de la temperatura, pero el volumen de aire permanece constante, el aire más denso disipará más calor del hilo conductor, lo que indica un mayor flujo de aire másico. A diferencia del elemento sensor de paleta del medidor de paletas, el hilo conductor caliente responde directamente a la densidad del aire. Las capacidades de este sensor son idóneas para el proceso de combustión de la gasolina, que responde fundamentalmente a la masa de aire, no al volumen. (Véase estequiometría ).

Este sensor a veces emplea un tornillo de mezcla, pero este tornillo es totalmente electrónico y utiliza una resistencia variable (potenciómetro) en lugar de un tornillo de derivación de aire. El tornillo requiere más vueltas para lograr el resultado deseado. Algunos de estos sensores emplean un circuito de limpieza por combustión de hilo caliente. Un relé de combustión aplica una corriente alta a través del hilo caliente de platino después de apagar el vehículo durante aproximadamente un segundo, quemando o vaporizando así cualquier contaminante que se haya adherido al elemento de hilo caliente de platino.

El sensor MAF de película caliente funciona de forma similar al sensor MAF de hilo caliente, pero en su lugar suele emitir una señal de frecuencia. Este sensor utiliza una rejilla de película caliente en lugar de un hilo caliente. ^{[ 3 ]} Es común encontrarlo en vehículos con inyección de combustible de finales de la década de 1980 y principios de la de 1990. La frecuencia de salida es directamente proporcional a la masa de aire que entra en el motor. Por lo tanto, 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 golpeteo 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 hilo frío (producido por AC Delco) que funciona de manera similar al sistema MAF de hilo 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 sensor MAF se utiliza para optimizar el flujo de aire y asegurar que los sensores obtengan una lectura estable. No se utiliza para medir el flujo de aire en sí. En situaciones donde los propietarios utilizan filtros de aire de gasa aceitada, es posible que el exceso de aceite cubra el sensor MAF y altere sus lecturas. De hecho, General Motors ha emitido un Boletín de Servicio Técnico que indica problemas que van desde ralentí irregular hasta posibles daños en la transmisión como resultado de 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 carburadores o frenos, que pueden ser demasiado agresivos químicamente. En cambio, la fase líquida de los limpiadores de sensores MAF y de componentes electrónicos suele estar basada en hexanos o heptanos con poco o ningún contenido de alcohol y utiliza dióxido de carbono o HFC-152a como propelentes de aerosol . Los sensores deben rociarse suavemente desde una distancia prudencial para evitar dañarlos físicamente y luego dejarse secar completamente antes de reinstalarlos. Los fabricantes afirman que una prueba sencilla pero extremadamente fiable para garantizar su correcto funcionamiento consiste en golpear la unidad con la parte posterior de un destornillador mientras el coche está en marcha, y si esto provoca algún cambio en la frecuencia de salida, entonces la unidad debe desecharse e instalarse una de repuesto original.

Un sensor de vórtices de Kármán funciona interrumpiendo la corriente de aire con una proa perpendicular. Si el flujo incidente es laminar , la estela consiste en un patrón oscilatorio de vórtices de Kármán. La frecuencia de este patrón es proporcional a la velocidad del aire.

Estos vórtices pueden leerse directamente como un pulso de presión contra un sensor, o bien pueden colisionar con un espejo que interrumpe o transmite un haz de luz reflejada para generar los pulsos en respuesta a los vórtices. El primer tipo solo puede utilizarse en flujo de aire aspirado (antes de un turbocompresor o sobrealimentador ), mientras que el segundo tipo podría utilizarse teóricamente en flujo de aire empujado o aspirado (antes o después de una aplicación de inducción forzada como el sobrealimentador 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 debe ser interpretada por la ECU. Este tipo de MAF se encuentra 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 integrado en el centro de la membrana mantiene una temperatura constante, similar al método del hilo caliente. Sin 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 la de salida indica el flujo másico de aire. 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 sensor a escala microscópica como microsensores utilizando tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS ). Dicho microsensor alcanza una velocidad y sensibilidad significativamente mayores en comparación con los enfoques macroscópicos . Véase también Generaciones de sensores MEMS .

Los elementos de flujo laminar miden directamente el caudal volumétrico de los gases. Su funcionamiento se basa en el principio de que, en condiciones de flujo laminar, la diferencia de presión a través de una tubería es directamente proporcional al caudal. Un gas presenta condiciones de flujo laminar cuando su número de Reynolds es inferior al valor crítico. La viscosidad del fluido debe tenerse en cuenta en el resultado. Los elementos de flujo laminar suelen estar compuestos por un gran número de tuberías paralelas para alcanzar el caudal requerido.

• Lista de autopartes
• Lista de sensores
• Presión absoluta del colector (MAP)