空气流量传感器是测量发动机进气量的装置,它将吸入的空气转换成电信号送至电控单元( Electronic Control Unit,ECU),作为决定喷油的基本信号之一。它是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气,必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量,以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障,FECU得不到正确的进气量信号,就不能正常地进行喷油量的控制,将造成混合气过浓或过稀,使发动机运转不正常。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式,目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。
1.翼板(叶片)式空气流量传感器。
如图3-3所示,翼板式空气流量传感器安装在汽油机上,位于空气滤清器和节气门之间其功能是检测发动机的进气量,并把检测结果转换成电信号再输送到ECU。
翼板式空气流量计的工作原理是:翼板可绕轴摆动,卷簧的弹力可使翼板关闭。发动机工作时,进气振动翼板偏转,使其开启。进气量大小由节气门开度来改变。电位计把翼板开度大小转换成电信号,通过ECU转变为进气量。缓冲板与翼板一同偏转,防止气流脉动。
翼板式空气流量传感器进气通道的旁边还有一个旁通气道。经此气道进入发动机的气流不对翼板产生推力,即不经翼板计量就进入发动机。当发动机怠速运转时,翼板处于接近关闭的位置,这时经旁通气道进入发动机的气流占很大比例。
传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器,如丰田CAMRY小轿车、丰田 PREVIA小客车、马自达MPV多用途汽车等。由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片(测量片),如图3-4所示,作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时,进气气流经过空气流量计推动测量片偏转,使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大,气流对测量片的推力愈大,测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计,如图3-4所示。
电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动,把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量,测得发动机的进气量。
在叶片式空气流量传感器内,通常还有一电动汽油泵开关,见图3-3中2。当发动机起动运转时,测量片偏转,该开关触点闭合,电动汽油泵通电运转;发动机熄火后,测量片在回转至关闭位置的同时,使电动汽油泵开关断开。此时,即使点火开关处于开启位置,电动汽油泵也不工作。流量传感器内还有一个进气温度传感器,用于测量进气温度,为进气量作温度补偿。
2.热线式空气流量传感器。
热线式空气流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线(铂金属线)、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及空气流量传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同,热线式空气流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。图3-5所示是采用主流测量方式的热线式空气流量传感器的结构图。
热线式空气流量传感器的工作原理如图3-6所示。在进气道上放置一条热线RH,当空气流经热线时,热线的热量被空气带走,使其冷却。热线周围流过的空气质量越大,被带走的热量越多。热线式空气流量传感器就是利用热线与空气之间的热传递现象,进行空气质量流量测定的。铂丝由控制电路提供的电流加热到120℃左右,为解决进气温度的变化使热线温度发生变化而影响进气量的测量精度,所以在热线附近安置一根温度补偿电阻RK。该电阻被安置在进气口一侧,所以又称之为冷线,它的电阻也随进气温度的变化而变化。当传感器工作时,控制电路向冷线提供的电流使冷线温度始终低于热线温度100℃。这样冷线温度起到参考标准作用,使进气温度的变化不会影响热线测量进气量的精度当空气质量增大时,由于空气带走的热量增多,为保持热线温度,集成电路应使热线RH通过的电流增大,反之,则应减小。这样,使通过热线RH的电流随空气质量流量的增大而增大,反之,随空气质量的减小而减小。热线电流l在50~120mA之间变化,大小取决于空气质量流量。热线加热电流给出输出信号,大小为通过惠斯登电桥电路中精密电阻RA上的电压降。在惠斯登电桥的另一端有温度补偿电阻Rk和电桥电阻RB,为了减少电能消耗,它的电阻值较高,通过的电流仅有几毫安。补偿电阻R用于测量进气温度。
热线式空气流量传感器还有自洁功能,当发动机熄火时,电路会把热线自动加热至1000℃，以清洁流量计。
3.热膜式空气流量计。
热线式空气流量计可以提供精确的进气空气流量,但造价太高,主要用于高级轿车,为了满足精度高,结构简单,造价又便宜的要求,德国博世公司厚膜工艺,开发出了热膜式空气流量计。热膜式空气流量传感器是热线式空气流量传感器的改进产品,其结构与热线式基本相同,只是它的发热体是热膜而不是热线,热膜由发热金属铂固定在薄的树脂膜上制成。这种结构使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力,增加了发热体的强度,提高了流量计的可靠性。热膜式空气流量计结构如图3-7所示。热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似,都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是热膜式空气流量计不用铂金作为热线,而是将热线电阻、补偿电阻和线桥电阻用厚膜工艺集中在一块陶瓷片上。这种空气流量计已大量使用于各种电控汽油喷射系统中。
热线式和热膜式空气流量传感器的响应速度快,能在几毫秒内反映出空气流量的变化,所以它的测量精度不会受进气气流脉动的影响。特别是发动机在大负荷、低转速时进气气流脉动大,由于使用了热线式或热膜式空气流量传感器测量进气量,空气计量准确,在任何工况下都能保持最佳空燃比,发动机的起动性能、加速性能好。因此,在博世LH型燃油喷射系统通用别克(热线与冷线的取样管设置在旁通空气道内)、日本日产千里马、瑞典沃尔沃等轿车上采用了热线式空气流量传感器;马自达626、捷达QT、GTX、桑塔纳2000GSi型轿车以及红旗CA7220E型等轿车上都采用了热膜式空气流量传感器。
4.卡门涡旋式空气流量传感器。
卡门涡旋式空气流量传感器的结构和工作原理如图3-8所示。在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器,当空气流经该涡流发生器时,在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论,这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动,其移动速度与空气流速成正比,即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此,通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。
超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器后半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时,超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时,由于受气流中旋涡的影响,使超声波的相位发生变化。
ECU根据接收器测出的相应变化的频率,计算出单位时间内产生的旋涡的数量,从而求得空气流速和流量,然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。
