卡曼涡旋式空气流量计的原理与故障检测

　　空气流量传感器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, ECU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。

　　一、卡曼涡旋式空气流量计的结构特点与工作原理

　　卡曼涡旋式空气流量计,是在进气道中安装涡旋发生管,流经的空气速度不同,在管的出口端附近产生频率不同的涡旋,在涡旋附近安装一金属薄片。薄片随涡旋发生振动,就像人的耳膜受声波的激励发生振动。薄片上涂有反光材料,对发光二极管发出的光线进行反射,当反射光线经过光电晶体管时产生电脉冲信号。通过计算脉冲的频率可以知道涡旋的频率,从而得到空气的流速。这个过程像人的眼睛,是靠感受光线来获得信息的。卡曼涡旋空气流量传感器具有如下特点:精度高、寿命长,可靠性高。

　　为了克服活门式空气流量传感器的缺点,即在保证测量精度的前提下,扩展测量范围,并且取消滑动触点,开发出小型轻巧的空气流量传感器,即卡曼涡旋式空气流量传感器。卡曼涡　　旋是一种物理现象,涡旋的检测方法、电子控制电路与检测精度根本无关,空气的通路面积与涡旋发生柱的尺寸变化决定检测精度。又因为这种传感器的输出的是电子信号(频率),所以向系统的控制电路输入信号时,可以省去AD转换器。因此,从本质来看,卡曼涡旋式空气流量传感器是适用于微机处理的信号。这种传感器因为是检测体积流量所以不需要对温度及大气压力进行修正。

　　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曼涡流的空气涡流。根据卡曼涡流理论,这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动,其移动的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。

　　测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种。反光镜检出式卡曼涡旋流量传感器,其内有一只发光二极管和一只光敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上,使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动,其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一同振动,因此被反射的光束也以相同的频率变化,致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量。凌志LS400小轿车即用了这种型式的卡曼涡旋式空气流量传感器。