Qu'est-ce qu'un débitmètre d'air pour voiture ?
Le capteur de débit d'air, également appelé débitmètre d'air, est un capteur essentiel des moteurs à injection électronique. Il convertit le débit d'air aspiré en un signal électrique et l'envoie au calculateur (ECU), lequel constitue l'un des signaux de base pour la détermination de l'injection de carburant et permet de mesurer le débit d'air admis dans le moteur.
Sur un système d'injection de carburant à commande électronique, le capteur mesurant la quantité d'air admise par le moteur, appelé débitmètre d'air, est un élément essentiel qui détermine la précision de la régulation. Lorsque la précision de la régulation du rapport air/carburant (A/F) de l'air et du mélange admis par le moteur est spécifiée à ±1,0, l'erreur admissible du système est de ±6 % à 7 %. En répartissant cette erreur admissible entre les différents composants du système, l'erreur admissible du débitmètre d'air est de ±2 % à 3 %.
Le rapport entre le débit d'air d'admission maximal et minimal d'un moteur à essence (max/min) est de 40 à 50 pour un moteur atmosphérique et de 60 à 70 pour un moteur turbocompressé. Dans cette plage, le capteur de débit d'air doit garantir une précision de mesure de ±2 à 3 %. Le capteur de débit d'air utilisé dans le système d'injection de carburant à commande électronique doit non seulement maintenir une précision de mesure sur une large plage, mais aussi présenter une excellente réactivité, être capable de mesurer des débits d'air pulsatoires et permettre un traitement simple du signal de sortie.
Selon les caractéristiques du capteur de débit d'air, le système de régulation du carburant se divise en deux catégories : la régulation de type L, qui mesure directement le volume d'air admis, et la régulation de type D, qui le mesure indirectement. Le volume d'air admis est mesuré indirectement en fonction de la dépression dans le collecteur d'admission et du régime moteur. En mode de régulation de type D, la mémoire ROM du microprocesseur pré-enregistre le volume d'air admis pour différents états de fonctionnement, en fonction du régime moteur et de la pression dans le conduit d'admission. À partir de la pression et du régime d'admission mesurés pour chaque état de fonctionnement, et en se référant au volume d'air admis enregistré dans la ROM, le microprocesseur calcule la consommation de carburant. Le débitmètre d'air utilisé dans la régulation de type L est similaire à un capteur de débit industriel classique. Adapté à l'environnement exigeant des automobiles, il doit cependant réagir aux variations brusques de débit lors de l'accélération et assurer une mesure de haute précision malgré les irrégularités du flux d'air dues à la forme des collecteurs d'admission en amont et en aval du capteur.
Le premier système de commande électronique d'injection de carburant n'utilisait pas de microprocesseurs. Il s'agissait d'un circuit analogique. À cette époque, un capteur de débit d'air de type vanne était utilisé, mais avec l'avènement des microprocesseurs pour la commande d'injection, plusieurs autres types de capteurs de débit d'air ont fait leur apparition.
Structure du capteur de débit d'air de type vanne.
Le capteur de débit d'air à vanne est installé sur le moteur à essence, entre le filtre à air et le papillon des gaz. Il mesure le volume d'air admis par le moteur et convertit cette mesure en signaux électriques, lesquels sont ensuite transmis au microprocesseur. Ce capteur se compose de deux parties : un débitmètre d'air et un potentiomètre.
Tout d'abord, examinons le fonctionnement du capteur de débit d'air. L'air aspiré par le filtre à air se dirige vers la vanne. Celle-ci s'arrête lorsque le débit d'air admis est équilibré par le ressort de rappel. Autrement dit, le degré d'ouverture de la vanne est directement proportionnel au débit d'air admis. Un potentiomètre est également installé sur l'axe de rotation de la vanne. Le bras coulissant du potentiomètre tourne de manière synchrone avec la vanne. La chute de tension aux bornes de la résistance coulissante est utilisée pour convertir le degré d'ouverture du capteur en un signal électrique, lequel est ensuite transmis au circuit de commande.
Capteur de débit d'air à vortex Kaman
Pour pallier les limitations des capteurs de débit d'air à vanne, notamment l'élargissement de la plage de mesure tout en garantissant la précision et en éliminant les contacts glissants, un capteur de débit d'air compact et léger, le capteur à vortex de Karman, a été développé. Le vortex de Karman est un phénomène physique. La méthode de détection du vortex et le circuit de commande électronique sont indépendants de la précision de la mesure. Celle-ci dépend de la section du passage d'air et de la variation de taille de la colonne génératrice du vortex. De plus, le signal de sortie de ce type de capteur étant un signal électronique (fréquence), un convertisseur analogique-numérique peut être omis lors de l'entrée des signaux dans le circuit de commande du système. Ainsi, le capteur de débit d'air à vortex de Karman fournit un signal directement exploitable par micro-ordinateur. Ce capteur présente trois avantages majeurs : une grande précision de mesure, la capacité de générer des signaux linéaires et un traitement du signal simplifié. Ses performances restent stables même après une utilisation prolongée. Conçu pour la mesure du débit volumique, il ne nécessite aucune correction de température ni de pression atmosphérique.
Lorsqu'un vortex de Kármán se forme, sa structure varie en fonction de la vitesse et de la pression. Le principe de base de la détection de débit repose sur l'exploitation de cette variation de vitesse. Les signaux utilisés sont des ondes carrées et des signaux numériques. Plus le volume d'air admis est important, plus la fréquence du vortex de Kármán est élevée, et plus la fréquence du signal de sortie du capteur de débit d'air l'est également.
Le capteur de débit d'air à compensation de température et de pression est principalement utilisé pour la mesure du débit de divers fluides dans les canalisations industrielles, tels que les gaz, les liquides, la vapeur, etc. Ses caractéristiques comprennent une faible perte de charge, une large plage de mesure, une haute précision et une insensibilité quasi totale aux paramètres tels que la densité, la pression, la température et la viscosité du fluide lors de la mesure du débit volumique en conditions de fonctionnement. Dépourvu de pièces mécaniques mobiles, il offre une grande fiabilité et nécessite peu d'entretien. Les paramètres de l'instrument restent stables sur le long terme. Cet instrument utilise des capteurs de contrainte piézoélectriques, reconnus pour leur grande fiabilité et leur fonctionnement dans une plage de températures allant de -10 °C à +300 °C. Il dispose de signaux de sortie analogiques et numériques (impulsions), facilitant ainsi son intégration avec des systèmes numériques tels que les ordinateurs. Il s'agit d'un capteur de débit performant et idéal.
Le principal avantage des capteurs de débit d'air réside dans le fait que leur coefficient de mesure est indépendant des propriétés physiques du milieu mesuré et peut être étendu d'un milieu à un autre. Cependant, en raison de la différence significative entre les débits des liquides et des gaz, les plages de fréquences varient considérablement. Dans le circuit d'amplification utilisé pour le traitement des signaux de tourbillons, la bande passante du filtre et les paramètres du circuit diffèrent. Par conséquent, un même circuit ne peut être utilisé pour mesurer différentes interfaces.
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