汽车用空气质量流量计的设计

　　0　引　言

　　汽油机为获得理想的综合性能,必须根据各种工况的不同要求精确控制混合气的空燃比,而且,随着对汽车各方面性能要求的提高,对空燃比控制精度的要求越来越高。现代电控汽油喷射系统能否正确地将空燃比α(α=空气质量/燃料质量)控制在所要求的范围内,决定了发动机的动力性、经济性和排放性能指标,而发动机空燃比的调节是采用调整与进气量相匹配的喷油量的方式。因此,进气空气流量的测量是控制空燃比的基础。燃料质量的喷入质量由进气质量来决定,因此,内燃机进气空气流量是一个非常重要的被测参数。

　　1　热膜式空气质量流量计的工作原理

　　热膜式空气质量流量计由传感器和测量放大电路两部

　　1.1　热膜式传感器的传热分析

　　根据热学原理,热膜式传感器中存在着多种形式的传热,包括强迫对流传热、自然对流传热、导热传热和辐射传热。由于空气流体与热膜式传感器之间的温差一般都小于300℃,因而,热辐射的影响极小。另外,在流速大于0. 5m /s时,自由对流与强迫对流相比几乎可以忽略不计[1]。再加上使用热膜式传感器时,尽量使沿脚导线的热传导最小。在这些条件下,热损耗主要地就取决于强迫对流。

　　金氏定律的热损耗表述各参量间的关系,如式(1)所示[2]

　　式中　ΔTλ为热传导热量损失;为强迫对流热量损失。

　　通过化简可以得到式(2)

　　式中　P为加热功率;ΔT为温差;E为与所测量的气体物性(如,热导率、比热容、粘度等)有关的常数,如果气体的成分和物性稳定可视为常数;D为与实际流动有关的常数;K为常数。

　　如保持ΔT恒定,通过控制加热功率可以测量质量流量qm。

　　1.2　温差式热膜传感器的工作原理

　　图1是温差式热膜空气流量传感器的工作原理图。构成了一个惠登斯电桥。R_1t和R_2t是2个热膜电阻器,其中,R_2t置于气流的上游并置于流体中,用于感应环境温度,R₃和R₄是固定电阻器,是电桥的固定臂。

　　当电路启动后系统处于静态时,R_1t和环境温度即R_2t的温度差保持在120℃。a点和b点的压差经放大器放大后使c点的电压控制在某个点,如4V左右,此电压决定温差值,电压高有利于提高电桥的灵敏度,但温差过高会使传感器寿命降低,耗电增加。

　　环境温度一定时,当气流流过R_1t时,R_1t的温度降低,电阻也降低。电桥的原来的静态的平衡被破坏,a点和b点的输入差值增大,使放大器的输出电压增大,因而,通过R_1t的电流增大,R1t温度上升,使R_1t和R_2t的温度差保持不变。