O que é um medidor de fluxo de ar automotivo?
O sensor de fluxo de ar, também conhecido como medidor de fluxo de ar, é um dos sensores importantes em motores com injeção eletrônica de combustível. Ele converte o fluxo de ar aspirado em um sinal elétrico e o envia para a unidade de controle eletrônico (ECU), que serve como um dos sinais básicos para determinar a injeção de combustível e é um sensor para medir o fluxo de ar aspirado pelo motor.
Em um sistema de injeção eletrônica de combustível, o sensor que mede a quantidade de ar admitida pelo motor, ou seja, o sensor de fluxo de ar, é um dos componentes importantes que determinam a precisão do controle do sistema. Quando a precisão do controle da relação ar-combustível (A/C) da mistura ar-combustível admitida pelo motor é especificada como ±1,0, o erro admissível do sistema é de ± 6% a 7%. Ao distribuir esse erro admissível entre os componentes do sistema, o erro admissível do sensor de fluxo de ar é de ± 2% a 3%.
A relação entre o fluxo de ar máximo e mínimo de admissão de um motor a gasolina, máx/mín, é de 40 a 50 em um sistema de aspiração natural e de 60 a 70 em um sistema turboalimentado. Dentro dessa faixa, o sensor de fluxo de ar deve ser capaz de manter uma precisão de medição de ±2 a 3%. O sensor de fluxo de ar utilizado no dispositivo de injeção eletrônica de combustível deve não apenas manter a precisão de medição em uma ampla faixa de medição, mas também apresentar excelente resposta de medição, ser capaz de medir fluxo de ar pulsante e o processamento do sinal de saída deve ser simples.
De acordo com as diferentes características do sensor de fluxo de ar, o sistema de controle de combustível é classificado em controle tipo L, que mede diretamente o volume de ar admitido, e controle tipo D, que mede indiretamente o volume de ar admitido com base no método de medição. O volume de ar admitido é medido indiretamente de acordo com a pressão negativa do coletor de admissão e a rotação do motor. No modo de controle tipo D, a memória ROM do microcomputador pré-armazena o volume de ar admitido em vários estados, tendo como parâmetros a rotação do motor e a pressão no tubo de admissão. Com base na pressão e rotação de admissão medidas em cada estado de operação e consultando o volume de ar admitido armazenado na ROM, o microcomputador pode calcular o consumo de combustível. O medidor de fluxo de ar usado no controle tipo L é basicamente o mesmo que um sensor de fluxo industrial comum. No entanto, ele pode se adaptar ao ambiente severo dos automóveis, mas também tem a exigência de responder às mudanças bruscas no fluxo quando o acelerador é pressionado e a exigência de detecção de alta precisão no fluxo de ar irregular causado pelo formato dos coletores de admissão antes e depois do sensor.
O sistema inicial de controle eletrônico de injeção de combustível não utilizava microcomputadores. Em vez disso, era um circuito analógico. Naquela época, utilizava-se um sensor de fluxo de ar do tipo válvula, mas com a aplicação de microcomputadores no controle da injeção de combustível, surgiram diversos outros tipos de sensores de fluxo de ar.
Estrutura do sensor de fluxo de ar tipo válvula.
O sensor de fluxo de ar tipo válvula é instalado no motor a gasolina, entre o filtro de ar e a borboleta de aceleração. Sua função é detectar o volume de ar admitido pelo motor e converter os resultados da detecção em sinais elétricos, que são então enviados ao microcomputador. Este sensor é composto por duas partes: um medidor de fluxo de ar e um potenciômetro.
Primeiramente, vamos analisar o processo de funcionamento do sensor de fluxo de ar. O ar aspirado pelo filtro de ar flui em direção à válvula. A válvula para na posição em que o volume de ar admitido se equilibra com a mola de retorno. Ou seja, o grau de abertura da válvula é diretamente proporcional ao volume de ar admitido. Um potenciômetro também está instalado no eixo rotativo da válvula. O braço deslizante do potenciômetro gira sincronizadamente com a válvula. A queda de tensão na resistência deslizante é utilizada para converter o grau de abertura da placa de medição em um sinal elétrico, que é então enviado ao circuito de controle.
Sensor de fluxo de ar de vórtice Kaman
Para superar as limitações dos sensores de fluxo de ar do tipo válvula, ou seja, para expandir a faixa de medição, garantindo a precisão e eliminando contatos deslizantes, foi desenvolvido um sensor de fluxo de ar pequeno e leve, denominado sensor de fluxo de ar por vórtice de Karman. O vórtice de Karman é um fenômeno físico. O método de detecção do vórtice e o circuito de controle eletrônico não influenciam a precisão da detecção. A área da passagem de ar e a variação do tamanho da coluna geradora do vórtice determinam a precisão da detecção. Além disso, como a saída desse tipo de sensor é um sinal eletrônico (frequência), ao inserir os sinais no circuito de controle do sistema, um conversor AD pode ser dispensado. Portanto, em essência, o sensor de fluxo de ar por vórtice de Karman gera um sinal adequado para processamento por microcomputador. Este sensor apresenta as seguintes três vantagens: alta precisão de medição, capacidade de gerar sinais lineares e processamento de sinal simplificado; o desempenho não se altera mesmo após uso prolongado. Como se destina à detecção da vazão volumétrica, não há necessidade de correção para temperatura e pressão atmosférica.
Quando um vórtice de Karman é gerado, ele se altera com a variação da velocidade e da pressão. O princípio básico da detecção de fluxo é utilizar a variação de velocidade dentro desse vórtice. Os sinais são ondas quadradas e sinais digitais. Quanto maior o volume de admissão, maior a frequência do vórtice de Karman e, consequentemente, maior a frequência do sinal de saída do sensor de fluxo de ar.
O sensor de vazão de ar com compensação de temperatura e pressão é usado principalmente para a medição de vazão de diversos fluidos em tubulações industriais, como gás, líquido, vapor, etc. Suas características incluem baixa perda de pressão, ampla faixa de medição, alta precisão e praticamente nenhuma influência de parâmetros como densidade, pressão, temperatura e viscosidade do fluido durante a medição da vazão volumétrica em condições de operação. Por não possuir partes mecânicas móveis, apresenta alta confiabilidade e requer pouca manutenção. Os parâmetros do instrumento permanecem estáveis por longos períodos. Este instrumento utiliza sensores de tensão piezoelétricos, que são altamente confiáveis e podem operar em uma faixa de temperatura de -10 °C a +300 °C. Possui saídas de sinais analógicos padrão e sinais de pulso digitais, facilitando a integração com sistemas digitais, como computadores. É um instrumento avançado e ideal para medição de vazão.
A maior vantagem dos sensores de fluxo de ar é que o coeficiente do instrumento não é afetado pelas propriedades físicas do meio medido e pode ser estendido de um meio típico para outros meios. No entanto, devido à diferença significativa nas faixas de vazão de líquidos e gases, as faixas de frequência também variam bastante. No circuito amplificador para processamento de sinais de vórtices, a banda de passagem do filtro é diferente, assim como os parâmetros do circuito. Portanto, os mesmos parâmetros de circuito não podem ser usados para medir interfaces diferentes.
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