空氣流量傳感器解讀

概述

電子控制汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，以此作為ECU計(jì)算(控制）噴油量的主要依據(jù)。如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障，ECU得不到正確的進(jìn)氣量信號，就不能正常地進(jìn)行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。電子控制汽油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器有多種型式，常見的空氣流量傳感器按其結(jié)構(gòu)型式可分為葉片（翼板）式、量芯式、熱線式、熱膜式、卡門渦旋式等幾種。

結(jié)構(gòu)原理

在電子控制燃油噴射裝置上，測定發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)控制精度的重要部件之一。當(dāng)規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)的允許誤差為±6[%]~7[%]，將此允許誤差分配至系統(tǒng)的各構(gòu)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(jī)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(tǒng)中為40~50，在帶增壓的系統(tǒng)的中為60~70，在此范圍內(nèi)的，空氣流量傳感器應(yīng)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(yīng)能保持測量精度，而且測量響應(yīng)性也要優(yōu)秀，可測量脈動(dòng)的空氣流，輸出信號的處理應(yīng)簡單。

根據(jù)空氣流量傳感器特征的不同，將燃油控制系統(tǒng)按進(jìn)氣量的計(jì)量方式分為直接測量進(jìn)氣量的L型控制與間接計(jì)量進(jìn)氣量的D型控制（根據(jù)進(jìn)氣歧管負(fù)壓與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速間接計(jì)量進(jìn)氣量。D型控制方式中的微機(jī)ROM內(nèi)，預(yù)先儲(chǔ)存著以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣管內(nèi)的壓力為參數(shù)的的各種狀態(tài)下的進(jìn)氣量，微機(jī)根據(jù)所測的各運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的進(jìn)氣壓力與轉(zhuǎn)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(jì)與一般工業(yè)流量傳感器基本相同，但它能適應(yīng)汽車的苛環(huán)境，但對踏油門時(shí)出現(xiàn)的流量的急劇變化的響應(yīng)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(tǒng)的采用的不是微機(jī)。而是模擬電路，那時(shí)采用的是活門式的空氣流量傳感器，但隨著微機(jī)用于控制燃油噴射，也出現(xiàn)了其他幾種的空氣流量傳感器。

活門式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)

活門式空氣流量傳感器裝在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，安裝于空氣濾清器與節(jié)氣門之間，其功能是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，并把檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號，再輸入微機(jī)中。該傳感器是由空氣流量計(jì)與電位計(jì)兩部分組成。

先看空氣流量傳感器的工作過程。由空氣濾清器吸入的空氣沖向活門，活門轉(zhuǎn)到進(jìn)氣量與回位彈簧平衡的位置處停止，也就是說，活門的開度與進(jìn)氣量成成正比。在活門的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還裝有電位計(jì)，電位計(jì)的滑動(dòng)臂與活門同步轉(zhuǎn)動(dòng)，利用滑動(dòng)電阻的電壓降把測量片的開度轉(zhuǎn)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(kuò)展測量范圍，并且取消滑動(dòng)觸點(diǎn)，有開發(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(xiàn)象，渦旋的檢測方法、電子控制電路與檢測精度根本無關(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?yàn)檫@種傳感器的輸出的是電子信號（頻率），所以向系統(tǒng)的控制電路輸入信號時(shí)，可以省去AD轉(zhuǎn)換器。因此，從本質(zhì)來看，卡曼渦旋式空氣流量傳感器是適用于微機(jī)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，可以輸出線形信號，信號處理簡單；長期使用，性能不會(huì)發(fā)生變化；因?yàn)槭菣z測體積流量所以不需要對溫度及大氣壓力進(jìn)行修正。

這種空氣流量傳感器的流量檢測的原理電路如圖，當(dāng)有卡曼渦旋產(chǎn)生時(shí)，就隨著速度及壓力的變化，流量檢測的基本原理就是利用其中速度的變化?？諝饬髁總鞲衅鬏敵鲋量刂平M件的信號波形如圖。信號為方波、數(shù)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。

溫壓補(bǔ)償空氣流量傳感器，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。本儀表采用壓電應(yīng)力式傳感器，可靠性高，可在-10℃～+300℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號，也有數(shù)字脈沖信號輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的流量。

空氣流量傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是儀表系數(shù)不受測量介質(zhì)物性的影響，可以由一種典型介質(zhì)推廣到其他介質(zhì)上。但由于液、氣的流速范圍差別很大，導(dǎo)致頻率范圍亦差別很大。處理渦街信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數(shù)亦不同，因此，同一電路參數(shù)不能用于測量不同介質(zhì)。