轿车用卡门旋涡空气流量计

2013-10-24 09:32:44来源: 21ic
一、前言

在轿车的电控燃油喷射系统(EFI)中,在进气通道上安装有空气流量计。它的作用是测量进入发动机气缸内的空气量,以便给发动机的电控单元(ECU)提供数据,使ECU严格地控制混合气的空燃比,即控制喷油器的喷油量,达到提高轿车燃油经济性、动力性以及排放清洁性的目的。

测量进气量常用的空气流量计有卡门旋涡式空气流量计、翼片式空气流量计、热线式空气流量计、热膜式空气流量计。翼片式空气流量计结构简单、可靠性高,但进气阻力大,响应较慢且体积大;热线式空气流量计无运动部件,工作可靠,响应快,但缺点是易受吸入气体脉动影响,在流速分布不均时误差较大,且易断丝;热膜式空气流量计的工作原理和热线式空气流量计类似,但热膜式传感器不使用白金线作为热线,而是将热线电阻、补偿电阻等用厚膜工艺制作,在同一陶瓷基片上,使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力,从而增加了发热体的强度,不但使空气流量计的可靠性进一步提高,也使误差减小,性能更好,但仍然存在着流速分布不均时误差较大的问题。

卡门旋涡式空气流量计无可动部件,具有无磨损、进气阻力小、体积小、重量轻、反应灵敏、压力损失低、脉动气流测量精度高、测量范围广、便于安装和维护,等优点。唯一缺点是成本较高,多用在高档轿车上。

二、卡门旋涡空气流量计

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1、卡门旋涡原理

所谓卡门旋涡,是指在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时,在这一物体的下游就会产生的两列旋转方向相反,并交替出现的旋涡,(图1)。当满足h/l=0.281时,两列旋涡是稳定的。

对于圆柱体,设单列旋涡产生的频率为f,则有:

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式中,St—斯特劳哈尔数;
d—圆柱体直径(mm);
ν—流体流速(m/s);
β—直径比,β=d/D,D为管道直径。

若管道面积为A,由式(1)可知,流体的体积流量qv为:

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对于三角状物体,其平均边长为d,则流体的体积流量qv为:

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对于一台具体的卡门旋涡空气流量计,有如下关系式:

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式中qv—空气流量;
f—单列旋涡产生的频率;
k—比例常数,它与管道直径、圆柱体直径等有关。

由式(4)可知,体积流量与卡门旋涡流量计的输出频率成正比。利用这一原理,对于一台具体的卡门旋涡空气流量计,只要检测卡门旋涡的频率,就可以求出空气流量。

根据旋涡频率的检测方式的不同,汽车用涡流式空气流量计分为超声波检测式和光学式检测式两种。例如,丰田凌志LS400型轿车和皇冠3.0型轿车采用了光电检测涡流式空气流量计;日本三菱吉普车、中国长风猎豹吉普车和韩国现代轿车采用了超声波检测涡流式空气流量计。

2、卡门旋涡空气流量计的工作原理

(1)光学式卡门旋涡空气流量计

光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理如图2所示。这种空气流量计主要由管路、旋涡发生器、整流栅、导孔、反光镜(金属箔)、板弹簧、发光二极管(LED)、光敏晶体管等部分组成。发光二极管作为光源使用,而光敏三极管为光电转换元件。

光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理是:在产生卡门旋涡的过程中,旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化,通过导孔作用在金属箔上,从而使其振动,发光二极管的光照在振动的金属箔上时,光敏三极管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光,其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。

(2)超声波式卡门旋涡空气流量计工作原理

超声波式卡门旋涡空气流量计的工作原理与光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理大致相同,只是光学元件换成了声学元件,其原理如图3所示。

工作原理:在旋涡发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头1和超声波接收探头8,超声波发射探头1不断向超声波接收探头8发出一定频率(一般为40kHz)的超声波,当超声波通过进气气流到达超声波接收器时,由于受到卡门涡流对空气密度的影响,就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡时变晚而产生相位差。集成控制电路对此相位信号进行处理,根据相位或相位差的变化情况计量出涡流的频率,就可得到旋涡脉冲信号(涡流频率信号),即代表体积流量的电信号,该信号输入ECU后,ECU就可以计算出进气量。
[1] [2]

关键字:门漩涡  空气流量计  光学  超声波

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/1024/article_8026.html
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