空氣流量計的分類(lèi)及原理

在電子控制燃油噴射裝置上,測定發(fā)動(dòng)機所吸進(jìn)的空氣量的傳感器,即空氣流量傳感器是決定系統控制精度的重要部件之一.當規定發(fā)動(dòng)機所吸進(jìn)的空氣、混合氣的空燃比(A/F)的控制精度為±1.0時(shí),系統的允許誤差為±6%~7%,將此允許誤差分配至系統的各構成部件上時(shí),空氣流量傳感器所允許的誤差為±2%~3%.

汽油發(fā)動(dòng)機所吸進(jìn)空氣流量的最大值與最小值之比max/min在自然進(jìn)氣系統中為40~50,在帶增壓的系統的中為60~70,在此范圍內的,空氣流量傳感器應能保持±2~3%的測量精度,電子控制燃油噴射裝置上所用的空氣流量傳感器在很寬的測定范圍上不僅應能保持測量精度,而且測量響應性也要優(yōu)秀,可測量脈動(dòng)的空氣流,輸出信號的處理應簡(jiǎn)單.

根據空氣流量傳感器特征的不同,將燃油控制系統按進(jìn)氣量的計量方式分為直接測量進(jìn)氣量的L型控制與間接計量進(jìn)氣量的D型控制(根據進(jìn)氣歧管負壓與發(fā)動(dòng)機的轉速間接計量進(jìn)氣量.D型控制方式中的微機ROM內,預先儲存著(zhù)以發(fā)動(dòng)機轉速和進(jìn)氣管內的壓力為參數的的各種狀態(tài)下的進(jìn)氣量,微機根據所測的各運轉狀態(tài)下的進(jìn)氣壓力與轉速,參照ROM所記憶的進(jìn)氣量,可以算出燃油量L型控制所用的空氣流量計與一般工業(yè)流量傳感器基本相同,但它能適應汽車(chē)的苛環(huán)境,但對踏油門(mén)時(shí)出現的流量的急劇變化的響應要求及在傳感器前后進(jìn)氣歧管的形狀引起的不均勻氣流中也能高精度檢測的要求.

最初的電子燃油噴射控制系統的采用的不是微機.而是模擬電路,那時(shí)采用的是活門(mén)式的空氣流量傳感器、,但隨著(zhù)微機用于控制燃油噴射,也出現了其他幾種的空氣流量傳感器.

活門(mén)式空氣流量傳感器的的結構.

活門(mén)式空氣流量傳感器裝在汽油發(fā)動(dòng)機上,安裝于空氣濾清器與節氣門(mén)之間,其功能是檢測發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣量,并把檢測結果轉換成電信號,再輸入微機中.該傳感器是由空氣流量計與電位計兩部分組成.

先看空氣流量傳感器的工作過(guò)程.由空氣濾清器吸入的空氣沖向活門(mén),活門(mén)轉到進(jìn)氣量與回位彈簧平衡的位置處停止,也就是說(shuō),活門(mén)的開(kāi)度與進(jìn)氣量成成正比.在活門(mén)的轉動(dòng)軸還裝有電位計,電位計的滑動(dòng)臂與活門(mén)同步轉動(dòng),利用滑動(dòng)電阻的電壓降把測量片的開(kāi)度轉換成電信號,然后輸入到控制電路中.

卡曼渦旋式空氣流量傳感器

為了克服活門(mén)式空氣流量傳感器的缺點(diǎn),即在保證測量精度的前提下,擴展測量范圍,并且取消滑動(dòng)觸點(diǎn),有開(kāi)發(fā)出小型輕巧的空氣流量傳感器,即卡曼渦旋式空氣流量傳感器.卡曼渦旋是一種物理現象,渦旋的檢測方法、電子控制電路與檢測精度根本無(wú)關(guān),空氣的通路面積與渦旋發(fā)生柱的尺寸變化決定檢測精度.又因為這種傳感器的輸出的是電子信號(頻率),所以向系統的控制電路輸入信號時(shí),可以省去AD轉換器.因此,從本質(zhì)來(lái)看,卡曼渦旋式空氣流量傳感器是適用于微機處理的信號.這種傳感器有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：測試精度高,可以輸出線(xiàn)形信號,信號處理簡(jiǎn)單；長(cháng)期使用,性能不會(huì )發(fā)生變化；因為是檢測體積流量所以不需要對溫度及大氣壓力進(jìn)行修正.

檢測原理：

野外的架空電線(xiàn)被風(fēng)吹時(shí)會(huì )嗚嗚發(fā)出聲響.風(fēng)速越高聲音頻率越高,這是因為氣流流過(guò)電線(xiàn)后形成渦旋所致,液體、氣體等流體中均會(huì )發(fā)生這種現象,利用這一現象可以制成渦旋式流量傳感器.在管道里設置柱狀物之后形成兩列渦旋,根據渦旋出現的頻率就可以測量流量.因為渦旋成兩列平行狀,并且左右交替出現,與街道兩旁的路燈類(lèi)似,所以有渦街之稱(chēng).因為這種現象首先為卡曼發(fā)現,所以也叫作卡曼渦街超聲波式卡曼渦旋空氣流量傳感器超聲波空氣流量傳感器設有兩個(gè)進(jìn)氣通道,主通道和旁通道,進(jìn)氣流量的檢測部分就設在主通道上,設置旁通道的目的是為了能夠調整主通道的流量,以便使主通道的檢測特性呈理想狀態(tài).也就是說(shuō),對排氣量不同的發(fā)動(dòng)機來(lái)說(shuō),通過(guò)改變空氣流量傳感器通道截面大小的方法,就可以用一種規格的空氣流量傳感器來(lái)覆蓋多種發(fā)動(dòng)機.主通道上的三角柱和數個(gè)渦旋放大板構成卡曼渦旋發(fā)生器.在產(chǎn)生卡曼渦旋處的兩側,相對地設置了屬于電子檢測裝置的超聲波發(fā)送器和超聲波接受器,也可以把這兩個(gè)部件歸入傳感器,這兩個(gè)電子傳感器產(chǎn)生的電信號經(jīng)空氣流量傳感器的控制電路(混合集成電路)整形、放大后成理想波形,再輸入到微機中.為了利用超聲波檢查渦旋,在渦旋通道的內壁上都粘有吸音材料,目的是防止超聲波出現不規則反射.

這種空氣流量傳感器的流量檢測的原理電路如圖,當有卡曼渦旋產(chǎn)生時(shí),就隨著(zhù)速度及壓力的變化,流量檢測的基本原理就是利用其中速度的變化.空氣流量傳感器輸出至控制組件的信號波形如圖.信號為方波、數字信號.進(jìn)氣量越多,卡曼渦旋的頻率越高,空氣流量傳感器輸出信號的頻率就越高.

壓力變化檢測型卡曼渦旋式空氣流量傳感器

渦流是從渦旋發(fā)生器兩端交替發(fā)生的,因此渦旋發(fā)生器兩端交替產(chǎn)生的,因此渦旋發(fā)生器的兩端的壓力也是交替變化,這種壓力的變化通過(guò)渦流發(fā)生器下游側錐型柱上的導壓孔引導到反光鏡腔中,反光鏡腔中的反光鏡是用很細的張緊帶張緊的,所以,張緊帶上出現扭曲與振動(dòng),此外,利用板彈簧給張緊帶加上適當的張力,由此,除振動(dòng)與渦旋壓力之外的壓力變化等難以造成影響,從而可得到穩定的扭轉與振動(dòng).

因渦旋出現而形成的壓力經(jīng)導壓孔到反光鏡腔中,與反射腔中的壓力變化同步、反光鏡在張緊帶上形成扭轉、振動(dòng).反光鏡非常輕巧,即使在低流量、壓力變化非常小的狀況下,也會(huì )動(dòng)作.在反光鏡的上部,相應配置有發(fā)光二極管與光敏三極管等構成的光傳感器,二極管發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射,并射到光敏三極管上時(shí),就會(huì )變成電流,經(jīng)波形電路后輸出.

傳感器的特性：

當在30秒內使節氣門(mén)從關(guān)閉到全打開(kāi),即快速打開(kāi)時(shí),這種傳感器的響應特性如圖所示,圖下的曲線(xiàn)為經(jīng)F/V變換后的卡曼渦旋空氣流量傳感器的輸出特性,圖上的曲線(xiàn)為節氣門(mén)的開(kāi)度特性,由圖可知對節氣門(mén)中流量的變化,空氣流量傳感器都能準確地反映出來(lái)(1~45毫秒)空氣流速與頻率關(guān)系：在非常寬的流速范圍內空氣流速與渦旋頻率之間呈現直線(xiàn)關(guān)系.

帶微差壓力傳感器的超聲波型卡曼渦旋空氣流量傳感器：

卡曼渦旋空氣流量傳感器的特點(diǎn)：精度高、壽命長(cháng),可靠性高.但是,高性能的發(fā)動(dòng)機即進(jìn)一步降低油耗、提高輸出功率的發(fā)動(dòng)機還要求擴展進(jìn)氣量的檢測范圍,但是老式超聲波型卡曼渦旋空氣流量傳感器在高流量的區域將產(chǎn)生過(guò)調制的現象,受這一因素的影響,這種傳感器有計量范圍不足的缺點(diǎn).為此,又研制出帶微差壓力傳感器的空氣流量傳感器.

1、采用壓力損耗小的渦旋發(fā)生器：渦旋發(fā)生器的功能是在整個(gè)流量范圍內形成穩定的渦旋.
2、壓力損耗較小的管道結構
3、測量微小的渦旋壓力
4、帶微差壓力傳感器的空氣流量傳感器

熱絲式空氣流量傳感器的結構：

作為發(fā)熱體的熱絲是用直徑為70um的鉑絲制成的,張緊裝于管道內部,設計時(shí)就使其比進(jìn)氣溫度高120度.在溫度傳感器還有空氣溫度補償電阻.它是由氧化鋁陶瓷基片印刷的鉑膜而形成的,它是于精密電阻一起設置在管道內.為防止附著(zhù)在熱絲上的灰塵等造成性能下降,設有灰塵燃燒電路,在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于斷開(kāi)檔時(shí),在一定的條件下,將熱絲加熱到1000度、1秒,燒掉灰塵等附著(zhù)物.因為是用鉑絲做發(fā)熱元件,所以響應性好.

與此類(lèi)似的還有熱膜絲空氣流量傳感器(H/F),與H/W傳感器類(lèi)似,H/F也是采用平面形薄膜電阻器作為發(fā)熱元件.制造方法是：在氧化鋁基片上蒸發(fā)出的鉑的薄膜,通過(guò)圖形制作形成梳狀電阻,再調節到所要求的電阻值,此后,作成保護膜,再接好電極引線(xiàn).與熱絲式相比,熱膜式發(fā)熱元件的響應性稍差,但因為它是通過(guò)圖形法制成的,所以電阻值較高,消耗的電流小,可以做到小型、輕巧.此外,因其發(fā)熱元件是平面型的,從上游觀(guān)察時(shí),可設法使其投影面積做的很小,這樣的設置在計量通道內時(shí)就可以減少附著(zhù)物,即提高抗污性。