Capteur de débit d'air

• Introduction
• Capteur à volet mobile
• Capteur à fil chauffé
• Les liens

Introduction

Cet organe (repère 6 sur le diagramme de l'injecteur BOSCH Motronic) situé entre le filtre à air et le papillon des gaz, sert à évaluer la quantité réelle d'air pénétrant dans le système d'admission. La mesure effectuée est lue par l'ECU afin de déterminer de manière optimale la quantité d'essence qui doit être injectée. Deux systèmes de mesure sont généralement utilisés, dont le principe de fonctionnement est décrit ci-dessous

Capteur à volet mobile

C'est ce système qui équipe les premières Calibra. Son fonctionnement est très simple et repose sur un principe mécanique facile à comprendre. Un volet mobile rotatif lié à un ressort de rappel est placé en travers de la canalisation d'arrivée d'air. Plus la quantité d'air admis est importante, plus le volet se pivote.

Le degré d'ouverture du volet est mesuré par un potentiomètre de type mécanique et la valeur lue est appliquée à l'ECU.

L'avantage de ce système réside dans sa simplicité. En revanche il possède deux inconvénients: le volet constitue un obstacle à l'écoulement de l'air, et ce système ne permet pas la compensation de mesure due aux changements de densité de l'air, induits par la variation de sa température. Cette correction est effectuée par un capteur de température (une résistance CTN) situé dans le trajet d'air aspiré.

Explication détaillée. L'air est constitué, pour l'essentiel, d'un mélange de deux gaz parfaits (gaz pour lesquels il est nécessaire d'appliquer une forte variation de température et/ou de pression pour observer un changement d'état); il s'agit de l'azote (80%) et du dioxygène (20%). Ces gaz sont donc constitués de molécules qui ont la particularité de s'agiter en tout sens sous l'influence de la température (agitation thermique). Or, plus la température augmente, plus la place occupée par ces gaz est importante. Dit autrement, pour un volume constant, il y a plus de molécules d'azote et de dioxygène à basse température qu'à haute température. Cette relation est mise en évidence dans l'équation PV=NkT, où: P est la pression exprimée en Pascal, V le volume exprimé en m^3, N est le nombre de molécules, k est la constante de Boltzmann qui vaut 1.381 x 10^-23, et T la température absolue exprimée en °K). Dit encore différemment, pour une même levée du volet, la quantité d'oxygène (le comburant), sera plus faible lorsqu'il fait chaud que lorsqu'il fait froid, d'où un léger défaut de la richesse du mélange air essence qui est corrigé par le capteur de température.

Capteur à fil chauffé

La construction mécanique de ce système est des plus simples: il s'agit d'un tube au travers duquel est tendu un fil conducteur (ou un ruban très fin) généralement en platine. Cette première description s'oppose au principe décrit plus haut par le fait qu'aucun obstacle ne vient ici s'opposer à l'écoulement de l'air. Ce fil est parcouru par un courant électrique constant. Plus le débit d'air est important plus la dissipation thermique est importante, et vis versa. Un système électronique complexe convertit cette dissipation en une tension envoyée à l'ECU

Explication détaillée. J'ai rappelé plus haut que l'air est constitué de molécules, et qu'à une température donnée, plus la quantité d'air est importante plus le nombre de molécules d'azote et de dioxygène est important. Lorsqu'une molécule d'azote ou de dioxygène entre en collision avec le fil chauffé, ce dernier cède une fraction de son énergie thermique à la molécule. Plus le nombre de collisions est important, plus la température du fil est abaissée. Dans ces conditions, sa résistance diminue, et comme le fil est alimenté en courant constant, la différence de tension à ses bornes diminue (loi d'Ohm U=RI, où U est la tension exprimée en Volts, R la résistance exprimée en Ohms et I le courant exprimé en Ampères). La relation débit tension n'étant pas linéaire, une compensation électronique ou calculée est nécessaire. Pour mémoire, d'autres systèmes sont régulés en tension constante, et c'est la variation de courant qui est mesurée.
Par ailleurs, le problème de la température de l'air aspiré est résolu en plaçant un fil identique à celui décrit jusque là, régulé dans des conditions analogues, dans une alvéole isolée du débit d'air aspiré, et cependant en contact avec l'air ambiant. C'est alors la différence de potentiel entre les deux branches de ce circuit qui est analysée et appliquée à l'ECU.
Un dernier détail pour achever cette explication. L'air est un vecteur pour les substances contaminatrices de natures diverses et variées, généralement composés de résidus carbonés, qui, lorsqu'il passent dans le circuit d'admission, peuvent se déposer sur le fil du capteur de débit. Une gaine thermiquement isolante peut alors à la longue se former et fausser les mesures effectuées. Aussi les constructeurs ont ils prévu un cycle automatique de "nettoyage", déclenché automatiquement à la coupure du moteur, et portant le fil à une température voisine de 1000°C, afin d'éliminer (par pyrolyse) les substances contaminatrices adsorbés.

Commentaire: Je reste (très) perplexe à la lecture de tel ou tel article ou page web consacrés à l'optimisation des performances par ajout, suppression ou modification du système d'admission d'air. Vous avez compris que, par exemple, l'installation d'un filtre raccordé directement au capteur fait respirer au système d'admission l'air chaud du compartiment moteur. N'espérez donc, au mieux, qu'une diminution des performances... A méditer.

Les liens

Une page bien illustrée consacrée au capteurs à fil chaud... en anglais:
http://www.kemparts.com/tt06/tt06.html

Un condensé d'informations extraites d'un ouvrage qui a l'air passionnant... en anglais, encore:
http://www.autospeed.com/A_0989/P_2/article.html

Une page illustrée relative aux principes et aux test des capteurs de débit d'air... en anglais, encore et toujours:
http://www.autozone.com/Library/HowTo/M-HowTo/00151_MASS_AIR_FLOW_SENSOR_HowTo/00151_MASS_AIRFLOW_SENSOR_TEST.html

Air Filter (fabricant de filtres à air):
http://roadmasterhtp.online.fr/jr/airfilteropel.html