空气计量装置的作用是对进入气缸的空气质量进行直接或间接地计量,并把空气流量的信息输送到ECU。在电控汽油喷射系统中有空气流量计和进气压力传感器两种方式测量进入气缸的空气量。 1.空气流量计(AFS)。 在电控汽油喷射发动机中使用的空气流量计主要有热线式、热膜式和卡门涡流式。 (1)热线式空气流量计。其构造如图1-6所示。测试管2置于空气流道的中央,空气流道装有金属防护网1,并用卡环固定在壳体7上。在测试管内的支承环上固定一根直径为70um铂的金属丝3,在工作中铂金属丝被电流加热至100℃以上,故称之为热线。在支承环前端装有铂薄膜温度补偿电阻4,支承环后端粘结有精密电阻,而在控制电路板上则装有高阻值电阻铂热线、温度补偿电阻、精密电阻和高阻值电阻构成惠斯登电桥电路中的四个臂(见图1-7)。 混合电路用来调节供给四个臂的电流使电桥保持平衡。 当空气流过热线式空气流量计时,铂热线向空气散热,温度降低,铂热线的电阻减小,使电桥失去平衡。这时混合电路将自动增加供给铂热线的电流,以使其恢复原来的温度和电阻值,直至电桥恢复平衡。流过铂热线的空气流量越大,混合电路供给铂热线的加热电流也越大,即加热电流是空气流量的单值函数。加热电流通过精密电阻产生的电压降作为电压输出信号传输给电子控制单元,电压降的大小即是对空气流量的度量。 温度补偿电阻的阻值也随进气温度的变化而变化,起到一个参照标准的作用,用来消除进气温度的变化对空气流量测量结果的影响。一般将铂热线通电加热到高于温度补偿电阻温度100℃。
热线式空气流量计无机械运动件,进气阻力小,反应快,测量精度高。但在使用中,铂热线表面受空气中灰尘的污染而影响测量精度。为此,在电子控制单元中装有自洁电路,在发动机熄火后,自动将铂热线加热至1000℃并维持1s时间,烧掉沾附在铂热线上的灰尘。
(2)热膜式空气流量计。其测量原理与热线式空气流量计相同,它是利用热膜与空气之间的热传递现象来测量空气流量的。热膜是由铂金属片固定在树脂薄膜上而构成的。用热膜代替热线提高了空气流量计的可靠性和耐用性,并且热膜不会被空气中的灰尘沾附。
热膜式空气流量计及其桥式电路如图1-8所示。
(3)卡门涡流式空气流量计。卡门涡流式空气流量计是利用卡门涡流理论来测量空气流量的。在卡门涡流式空气流量计进气气道的正中间有一个流线形或三角形涡流发生体。当空气流过这个涡流发生体时,在发生体后方的气流中会产生一系列不对称却十分规则的空气旋涡。
根据卡门理论旋涡是依次沿气流流动的方向向后移动,其移动速度与空气流速成正比。因此,在单位时间内通过发生体后方某点的旋涡数量与空气流速成正比,即通过测量单位时间内旋涡的数量就可以计算出空气流速和流量。
测量单位时间内旋涡数量的方法有两种。一种是在卡门涡流式空气流量计的后半部分的两侧设置一对超声波发生器和接收器,如图1-9所示,简称超声波检测方式。发动机运转时,超声波发生器不断地向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,由于受到气流中旋涡的影响,使超声波的频率的相位发生变化。接收器测得这一相位的变化,电脑根据相位的变化的频率计算出单位时间内产生旋涡的数量,从而计算出空气的流速和流量。
另一种方法是在流量计内设置一对发光二极管和光敏三极管,如图1-10所示,简称光电式。发光二极管发出的光束被一个反光镜发射到光敏三极管,使三极管导通。反光镜安装在很薄的金属簧上,簧片在进气气流旋涡的压力作用下振动,其振动的频率与单位时间内产生的涡流数量相同。由于反光镜随簧片一同振动,因此被反射的光束方向又以相同的频率变化,使光敏三极管也随光束的变化以同样的频率导通和截止。频率直接反映出单位时间内涡流产生的数量,电脑根据光敏三极管导通和截止的频率即可计算出进气量。
卡门涡流式空气流量计的响应速度在几种空气流量计中最快,它能几乎同步地反映出涡流流速的变化;此外,它还有测量精度高,进气阻力小、无磨损等优点。但它的成本高,只有少数高档车型使用这种空气流量计。
2.进气压力传感器MAP( Manifold Absolute Pressure Sensor)在D型汽油喷射系统不设空气流量计,而是采用进气压力传感器测量节气门后进气管内的绝对压力,利用该绝对压力和发动机转速来计算吸入气缸的空气量并以此作为电子控制单元计算喷油量的主要参数。在发动机工作时,节气门开大,进气量增多,进气管压力相应增加因此,进气管压力的大小反映了进气量的多少。
进气压力传感器是由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大的集成电路(IC)及真空室构成。压力转换元件是利用半导体的压电效应制成的硅膜片,如图1-11所示。硅膜片的一面是真空室,另一面导入进气压力。由于硅膜片的一侧是真空室,因此在进气压力作用下硅膜片产生变形,使扩散在硅膜片上电阻的阻值发生变化。进气管内压力越高,硅膜片的变形量越大。利用惠斯登电桥将硅膜片的电阻变化转换成电压信号。因为输出的电压信号很微小,所以需用集成电路进行放大。经IC放大处理后的电信号,作为进气压力信号送到ECU,ECU根据此信号和转速信号,即可计算进气量。
进气压力传感器一般是通过真空软管与节气门后方的进气管相通,也有些车直接装在节气门体上,这样可以避免真空软管漏气而造成的故障或者与进气温度传感器制成一体安装,其结构与电路如图1-12所示。
