热式空气流量计电路分析与测量

　　摘 要:为详细分析热式空气流量计的具体工作原理,先介绍了惠斯顿电桥的工作原理及在热式空气流量计上的应用,重点分析了热式空气流量计的实际测量电路并对温度补偿进行了适当说明, 最后介绍了 C O R A L L A 轿车的空气流量计, 利用 B O S C H -FSA740 发动机性能分析仪对其进行检测,得出了不同转速下的信号电压。

  　1 引言

　　在电控发动机正常运转时, 发动机 ECU 根据空气流量计测得的空气质量信号, 计算出与之相适应的基本喷油量,再综合冷却水温、曲轴转速、节气门位置、氧传感器等信号进行喷油量修正, 达到精确控制空燃比的目的。现在多数汽车使用热式空气流量计, 很多技术人员是对热式空气流量计的检测及数据流分析较熟悉, 但对它的具体工作原理及实际组成电路认识模糊, 一知半解。本文着重分析热式空气流量测量电路并进行实车检测。

　　2 质量空气流量计测量原理

       设电源U负极接地端电位为 0,a 点电位即为电阻2R 两端的电压, b 点电位即为电阻4R 两端的电压,由欧姆定律得:

　　要使a、b两点电位相等须有对角电阻乘积相等。式(3)就为惠斯顿电桥平衡公式。由式(3)可知任一电阻发生变化都将会打破电桥平衡状态,a、b 两点间产生电位差,即图 1 中的电压表将有读数。

　　热式空气流量计的测量电路正是基于上述电桥原理,假设热式电阻R1 置于发动机进气道中时,当有气流吹过,R 1热量被带走,1R 温度下降,设计时R1 采用正温度系数电阻(PTC),所以　　R1 电阻值也随之下降,由式(3)可知此时电桥平衡破坏,要使电桥恢复平衡,需要加大电流,提高R1的温度,使R1 阻值上升,以达到新的平衡。

　　此时电流作用在与R1同一支路的R2 上,电流增大引起R2 两端的电压升高,即U a升高。R2两端的电压U a为热式空气计的输出信号。这种以保证热式电阻阻值恒定(即热式电阻温度与环境温度之差一定)的控制方法称为恒温反馈控制[2]。

　　由上述分析可知,当空气流量变化引起电桥平衡破坏时,电桥要重新平衡,需要调整电流,控制R1 的温度.以达到新的平衡。众多汽车电路资料都没有说明电桥平衡破坏的检测电路及控制热式电阻电流增减的反馈电路。让众多技术人员一知半解,原理含糊不清。

　3 空气流量计实际测量电路分析

　　图2 为恒温反馈控制空气流量计详细电路图。注意到空气流量计12V 电源并不是直接加到电桥上的,这是很多技术人员及参考资料的一个误区。若电源直接加到电桥两端,那么将无法控制通过热式电阻的电流,电桥平衡破坏后将无法再次平衡。具体测量电路由以下几部分组成[4]:

　　3.1 电桥电路

　　3.2 反馈控制电路

　　当空气吹过热丝 Rh　引起阻值改变时, 电桥失衡。放大器A 2用来检测 a 、b 两点电位差。A2 、A 1、Q 1组成整个电流反馈控制电路。即当检测到Uab时,反馈控制电路随时增加或减小通过热线的电流,使电桥恢复平衡。如图 2 中左框所示。

　　3.3 信号输出电路

　　如图2 中右框所示。取热线同一支路的电阻R4两端的电压为输出信号。当通过Rh和R4电流变化时,R4两端的电压也随之变化,取为流量输出电压信号。

　　3.4 空气流量计的温度补偿

　　注意到热线电阻是正温度系数的温敏电阻,当空气温度变化时其阻值也会变化,将导致无空气吹过时电桥也会随气温本身变化失去平衡,造成测量误差。若在热线相对的桥臂上接入相同正温度系数的电阻 RC,当气温变化时, a 、b 两点的电压同增同减,两点电位差将保持U ab不变。由 RC、R1 、Ro 组成温度补偿桥臂。

　　4 空气流量计的实车检测

　以一汽丰田 COROLLA 轿车为例进行实车检测。图3 为 COROLLA 空气流量计端子图,该有源流量计有 5个端子,同时集成进气温度传感器 T H A 端子。空气流量计为日本 DENSO 生产,安装位置如图 4 所示

　　使用 BOSCH-FSA 740 发动机测试系统,该系统拥有先进的 MTM 发动机分析能力。检测时用合适的跨接线分别接入 VG 和 E2G 两端子中取空气流量信号。

　　使用软件示波器功能测得 C O R O L L A 轿车怠速850r / min时,流量信号为1.34V,如图5 中所示。

　　踩下加速踏板,转速为4000 r / min 时,流量信号为2.3V。如图 6 所示。

　　5 结束语

　　本文详细分析热式空气流量计的具体工作原理,首先介绍了惠斯顿电桥的工作原理以及在热式空气流量计上的应用,重点分析了热式空气流量计的实际测量电路,同时对温度补偿问题进行了适当说明,最后介绍了CORALLA 轿车的空气流量计,利用 BOSCH-FSA740 发动机性能分析仪对其进行检测,得出了不同转速下的输出信号电压。热式空气流量计的测量电路可为技术人员提供有益的参考,走出电路分析误区。

　　参考文献:

　　[1] 吕崇德.热工参数测量与处理.第2版[M].北京:清华大学出版社.2001.

　　[2] 朱良,谭德荣等.热线式空气流量计的测量技术.山东理工大学学报[J].2006,20(3):82-83.

　　[3] 庞佳涵,花向阳等.热线式空气流量计的研究.节能[J].2003,(7):10-11.

　　[4] 钱人一.电控发动机质量空气流量传感器及其环境空气温度补偿[J].汽车技术,1998(6):13-16.

　　作者简介:肖启瑞(1984-),男,讲师,硕士,从事汽车运用技术工作