空气流量计的工作原理是什么?
结构原理
在电控燃油喷射装置上,测量发动机吸入空气量的空气流量传感器是决定系统控制精度的重要部件之一。当发动机吸入的空气和空气混合气的空燃比(A/F)的控制精度规定为1.0时,系统的允许误差为6 [%] ~ 7 [%],当允许误差分配到系统各部件时,空气流量传感器的允许误差为2 [%] ~ 3 [%]。
汽油机吸入的空气流量的最大值与最小值之比max/min,自然进气系统为40~50,增压系统为60~70。在此范围内,空气流量传感器应能保持2 ~ 3 [%]的测量精度,电控燃油喷射装置中使用的空气流量传感器不仅要在较宽的测量范围内保持测量精度,还要具有优良的测量响应性。
根据空气流量传感器特性的不同,燃油控制系统分为直接测量进气量的L型控制和间接测量进气量的D型控制(根据进气歧管负压和发动机转速)。在D型控制模式的微型计算机ROM中,预先存储了以发动机转速和进气管中的压力为参数的各种状态下的进气量。根据在各种工作状态下测得的进气压力和速度,并参考存储在ROM中的进气量,微型计算机可以计算出燃油量。L型控制中使用的空气流量计与一般的工业流量传感器基本相同,但能适应汽车的恶劣环境,但要求能响应踩油门时流量的急剧变化和传感器前后进气歧管形状引起的流量急剧变化。
最初的电子燃油喷射控制系统没有使用微型计算机。这是一个模拟电路。当时使用的是阀式空气流量传感器,但随着微机用于控制燃油喷射,也出现了其他几种空气流量传感器。
阀式空气流量传感器的结构。
气门空气流量传感器安装在汽油发动机上,位于空气滤清器和节气门之间。它的作用是检测发动机的进气量,将检测结果转换成电信号,然后输入微机。该传感器由空气流量计和电位计组成。
先看空气流量传感器的工作过程。空气滤清器吸入的空气冲向气门,气门在进气量与回位弹簧平衡时停止,即气门的开度与进气量成正比。阀门的转轴上还安装有电位器,电位器的滑臂与阀门同步旋转。利用滑动电阻的压降将测量片的开度转换成电信号,然后输入控制电路。
卡曼涡流空气流量传感器
为了克服阀式空气流量传感器的缺点,即在保证测量精度的前提下,扩大测量范围,取消滑动接触,研制了一种体积小、重量轻的空气流量传感器,即卡曼涡街空气流量传感器。卡尔曼涡流是一种物理现象,涡流的检测方法和电子控制电路与检测精度无关,但空气的通过面积和涡流发生柱的大小变化决定了检测精度。由于这种传感器的输出是电信号(频率),当信号输入到系统的控制电路时,可以省略AD转换器。所以本质上卡曼涡街空气流量传感器是一个适合微机处理的信号。这种传感器具有以下三个优点:测试精度高,信号输出线性,信号处理简单;长期使用,性能不会改变;因为检测的是体积流量,所以不需要修正温度和大气压。
该空气流量传感器的流量检测原理电路如图所示。当存在卡门涡街时,随着速度和压力的变化,流量检测的基本原理就是利用速度的变化。空气流量传感器输出到控制模块的信号波形如图所示。这些信号是方波和数字信号。进气量越多,卡尔曼涡流的频率越高,空气流量传感器输出信号的频率也越高。
温度-温度-压力补偿式空气流量传感器主要用于测量工业管道中介质流体的流量,如气体、液体、蒸汽等介质。其特点是压力损失小,测量范围大,精度高,在测量工况下的体积流量时,几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。没有运动的机械部件,所以可靠性高,维护量小。仪器参数可以长期稳定。该仪器采用压电应力传感器,可靠性高,可在-10℃ ~+300℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号和数字脉冲信号,便于与计算机等数字系统配合使用。这是一个先进而理想的流程。
空气流量传感器最大的优点是仪表系数不受测量介质物理性质的影响,可以从一种典型介质推广到其他介质。但由于液体和气体的速度范围差别很大,频率范围也有很大差别。在处理涡街信号的放大电路中,滤波器的通带不同,电路参数也不同。因此,相同的电路参数不能用于测量不同的介质。