Cos'è un misuratore di flusso d'aria per auto?
Il sensore di flusso d'aria, noto anche come flussometro, è uno dei sensori più importanti nei motori a iniezione elettronica. Converte il flusso d'aria aspirata in un segnale elettrico e lo invia alla centralina elettronica (ECU), che funge da segnale fondamentale per la determinazione dell'iniezione di carburante e da sensore per la misurazione del flusso d'aria aspirato nel motore.
In un sistema di iniezione elettronica del carburante, il sensore che misura la quantità d'aria aspirata dal motore, ovvero il sensore di flusso d'aria, è uno dei componenti fondamentali che determinano la precisione di controllo del sistema. Quando la precisione di controllo del rapporto aria-carburante (A/F) della miscela aria-carburante aspirata dal motore è specificata come ±1,0, l'errore ammissibile del sistema è compreso tra ±6% e ±7%. Ripartindo questo errore ammissibile tra i vari componenti del sistema, l'errore ammissibile del sensore di flusso d'aria è compreso tra ±2% e ±3%.
Il rapporto tra il flusso d'aria massimo e minimo di un motore a benzina, max/min, è compreso tra 40 e 50 in un sistema aspirato e tra 60 e 70 in un sistema turbocompresso. All'interno di questo intervallo, il sensore di flusso d'aria deve essere in grado di mantenere una precisione di misurazione di ±2-3%. Il sensore di flusso d'aria utilizzato nel dispositivo di iniezione elettronica del carburante non solo deve mantenere la precisione di misurazione su un ampio intervallo di misurazione, ma deve anche avere un'eccellente risposta di misurazione, essere in grado di misurare flussi d'aria pulsanti e l'elaborazione del segnale di uscita deve essere semplice.
In base alle diverse caratteristiche del sensore di flusso d'aria, il sistema di controllo del carburante si classifica in controllo di tipo L, che misura direttamente il volume d'aria aspirata, e controllo di tipo D, che misura indirettamente il volume d'aria aspirata in base al metodo di misurazione del volume d'aria aspirata. Il volume d'aria aspirata viene misurato indirettamente in base alla pressione negativa nel collettore di aspirazione e al regime del motore. Nella modalità di controllo di tipo D, la ROM del microcomputer pre-memorizza il volume d'aria aspirata in diverse condizioni, utilizzando come parametri il regime del motore e la pressione nel condotto di aspirazione. In base alla pressione e al regime di aspirazione misurati in ciascuna condizione operativa e facendo riferimento al volume d'aria aspirata memorizzato nella ROM, il microcomputer può calcolare il consumo di carburante. Il flussometro utilizzato nel controllo di tipo L è sostanzialmente lo stesso di un comune sensore di flusso industriale. Tuttavia, è progettato per adattarsi all'ambiente ostile delle automobili, ma deve anche essere in grado di rispondere alle brusche variazioni di flusso quando si preme l'acceleratore e di rilevare con elevata precisione le irregolarità del flusso d'aria causate dalla forma dei collettori di aspirazione prima e dopo il sensore.
Il sistema iniziale di controllo elettronico dell'iniezione di carburante non utilizzava microcomputer. Si basava invece su un circuito analogico. All'epoca, veniva utilizzato un sensore di flusso d'aria a valvola, ma con l'introduzione dei microcomputer per il controllo dell'iniezione di carburante, sono emersi anche diversi altri tipi di sensori di flusso d'aria.
Struttura del sensore di flusso d'aria a valvola.
Il sensore di flusso d'aria a valvola è installato sul motore a benzina, tra il filtro dell'aria e la valvola a farfalla. La sua funzione è quella di rilevare il volume d'aria aspirata dal motore e convertire i risultati del rilevamento in segnali elettrici, che vengono poi inviati al microcomputer. Questo sensore è composto da due parti: un flussometro e un potenziometro.
Innanzitutto, analizziamo il funzionamento del sensore di flusso d'aria. L'aria aspirata dal filtro si dirige verso la valvola. La valvola si arresta nella posizione in cui il volume d'aria in ingresso è bilanciato dalla molla di richiamo. In altre parole, il grado di apertura della valvola è direttamente proporzionale al volume d'aria in ingresso. Sull'albero rotante della valvola è installato anche un potenziometro. Il cursore del potenziometro ruota in modo sincrono con la valvola. La caduta di tensione della resistenza del cursore viene utilizzata per convertire il grado di apertura della piastra di misura in un segnale elettrico, che viene poi inviato al circuito di controllo.
Sensore di flusso d'aria a vortice Kaman
Per superare i limiti del sensore di flusso d'aria a valvola, ovvero per ampliare il campo di misura garantendo al contempo la precisione e per eliminare i contatti striscianti, è stato sviluppato un sensore di flusso d'aria piccolo e leggero: il sensore di flusso d'aria a vortice di Karman. Il vortice di Karman è un fenomeno fisico. Il metodo di rilevamento del vortice e il circuito di controllo elettronico non influiscono sulla precisione di rilevamento. L'area del passaggio dell'aria e la variazione dimensionale della colonna generatrice del vortice determinano la precisione di rilevamento. Inoltre, poiché l'uscita di questo tipo di sensore è un segnale elettronico (frequenza), quando si immettono segnali nel circuito di controllo del sistema, è possibile omettere un convertitore analogico-digitale. Pertanto, in sostanza, il sensore di flusso d'aria a vortice di Karman genera un segnale adatto all'elaborazione da parte di un microcomputer. Questo sensore presenta i seguenti tre vantaggi: elevata precisione di misurazione, capacità di generare segnali lineari e semplice elaborazione del segnale; prestazioni inalterate anche dopo un utilizzo prolungato; poiché è progettato per rilevare la portata volumetrica, non è necessaria alcuna correzione per la temperatura e la pressione atmosferica.
Quando si genera un vortice di Karman, questo cambia al variare della velocità e della pressione. Il principio di base del rilevamento del flusso consiste nell'utilizzare la variazione di velocità al suo interno. I segnali sono onde quadre e segnali digitali. Maggiore è il volume di aspirazione, maggiore è la frequenza del vortice di Karman e, di conseguenza, maggiore è la frequenza del segnale di uscita del sensore di flusso d'aria.
Il sensore di flusso d'aria con compensazione di temperatura e pressione è utilizzato principalmente per la misurazione del flusso di vari fluidi nelle condotte industriali, come gas, liquidi, vapore, ecc. Le sue caratteristiche includono bassa perdita di pressione, ampio intervallo di misurazione, alta precisione e non risente quasi per nulla di parametri quali densità, pressione, temperatura e viscosità del fluido durante la misurazione della portata volumetrica in condizioni operative. Non avendo parti meccaniche in movimento, offre elevata affidabilità e richiede poca manutenzione. I parametri dello strumento rimangono stabili per lungo tempo. Questo strumento adotta sensori di pressione piezoelettrici, che sono altamente affidabili e possono operare in un intervallo di temperatura di lavoro da -10℃ a +300℃. Dispone sia di segnali analogici standard che di segnali a impulsi digitali, il che ne facilita l'utilizzo in combinazione con sistemi digitali come i computer. Rappresenta una soluzione relativamente avanzata e ideale per la misurazione della portata.
Il vantaggio principale dei sensori di flusso d'aria è che il coefficiente dello strumento non è influenzato dalle proprietà fisiche del mezzo misurato e può essere esteso da un mezzo tipico ad altri. Tuttavia, a causa della notevole differenza negli intervalli di portata di liquidi e gas, anche gli intervalli di frequenza variano notevolmente. Nel circuito amplificatore per l'elaborazione dei segnali di flusso vorticoso, la banda passante del filtro è diversa, così come i parametri del circuito. Pertanto, lo stesso parametro del circuito non può essere utilizzato per misurare interfacce diverse.
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