在多點燃油噴射系統中,根據檢測進氣量的方式不同,空氣流量計又分為“D”型(即壓力型)和“L”型(即空氣流量型)兩種類型。“D” 型是利用壓力傳感器檢測進氣歧管內的壓力,測量方法屬于間接測量法。控制系統利用檢測到的壓力與發動機的轉速來計算吸入氣缸的空氣量,又稱為速度/密度型燃油噴射控制系統。由于空氣在進氣歧管內流動時會產生壓力波動,發動機怠速(節氣門關閉)時的進氣量與汽車加速(節氣門全開)時的進氣量之差可達40倍以上,進氣氣流的zui大流速可達80m/s,因此,“D”型燃油噴射系統的測量精度不高,但控制系統的制造成本較低。“L”型是利用流量傳感器直接測量吸入進氣管的空氣流量。由于采用直接測量的方法,因此進氣量的測量精度較高,控制效果優于“D”型燃油噴射系統。當前各個車型采用的“L”型傳感器分為體積流量型(如翼片式、量芯式、渦流式)傳感器和質量流量型(如式和熱膜式)傳感器。質量流量型傳感器工作性能穩定、測量精度高、使用效果好,但制造成本相對“D”型要高。由于熱膜式空氣流量傳感器內沒有運動部件,因此沒有流動阻力,而且使用壽命遠遠高于式流量傳感器。
1、熱膜式空氣流量傳感器的結構特點
在傳感器內部的進氣通道上設有一個矩形護套(相當與取樣管),熱膜電阻設在護套中。為了防止污物沉積到熱膜電阻上影響測量精度,在護套的空氣入口一側設有空氣過濾層,用以過濾空氣中的污物。為了防止進氣溫度變化使測量精度受到影響,在熱膜電阻附近的氣流上游設有鉑金屬膜式溫度補償電阻。溫度補償電阻和熱膜電阻與傳感器內部控制電路連接,控制電路與線束連接器插座連接,線束插座設在傳感器殼體中部。與熱絲式流量傳感器相比,熱膜電阻的阻值較大,所以消耗電流較小,使用壽命較長。但是,由于其發熱元件表面制作有一層絕緣保護薄膜,存在輻射熱傳導作用,因此響應特性稍差。
2、熱膜式空氣流量傳感器測量原理
通過控制發熱元件溫度TH與空氣溫度TG之差為一恒定值,就可根據發熱元件的加熱電流I求得空氣氣流的質量流量QM。在熱絲式與熱膜式流量傳感器中,采用了恒溫差控制電路來實現流量檢測。
恒溫差控制電路,發熱元件電阻RH和溫度補償電阻(進氣溫度傳感器)RT分別連接在惠斯登電橋電路的兩個臂上。當發熱元件的溫度高于進氣溫度時,電橋電壓才能達到平衡,并由具有電流放大作用的控制電路A控制加熱電流(50-120mA)來保持發熱元件溫度TH與溫度補償電阻溫度TT之差保持恒定(即△T=TH-TT=120℃)。
當空氣氣流經發熱元件使其受到冷卻時,發熱元件溫度降低,阻值減小,電橋電壓失去平衡,控制電路將增大供給發熱元件的電流,使其溫度保持高于溫度補償電阻溫度120℃。電流增量的大小,取決于發熱元件受到冷卻的程度,即取決于流過傳感器的空氣量。當電橋電流增大時,取樣電阻RS上的電壓就會升高,從而將空氣流量的變化轉換為電壓信號US的變化。輸出電壓與空氣流量之間近似于4次方根的關系。信號電壓輸入ECU后,ECU便可根據該信號的高低計算出空氣質量流量QM的大小。
當發動機怠速或空氣為熱空氣時,因為怠速時節氣門關閉或接近全閉,所以空氣流速低,空氣量少;又因空氣溫度越高,空氣密度越小,所以在體積相同的情況下,熱空氣的質量小,因此發熱元件受到冷卻的程度小,阻值減小幅度小,保持電橋平衡需要的電流小,故取樣電阻上的信號電壓低。控制單元ECU根據信號電壓即可計算出空氣量,捷達AT、GTX型轎車怠速時的空氣流量標準值為2.0-5.0g/s。
當發動機負荷增大或空氣為冷空氣時,因為節氣門開度增大空氣流速加快使空氣流量增大;而冷空氣密度大,在體積相同的情況下冷空氣質量大,所以發熱元件受到冷卻的程度增大,阻值減小幅度大,保持電橋平衡需要的電流增大,因此當發動機負荷增大時,信號電壓升高。
3、溫度補償原理
當進氣溫度變化時,發熱元件的溫度就會發生變化,測量進氣量的精度就會受到影響。設置溫度補償電阻(溫度傳感器)后,從電橋電路上就可以看出,當進氣溫度降低使發熱元件上的電流增大時,為了保持電橋平衡,溫度補償電阻上的電流相應增大,以保證發熱元件溫度與溫度補償電阻溫度之差保持恒定,使傳感器測量精度不受進氣溫度變化的影響。
文章來源:http://www.flow-sensor.cn/992011111710218.html
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