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轎車(chē)用卡門(mén)旋渦空氣流量計
作者：
時(shí)間：2013-10-24
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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一、前言
在轎車(chē)的電控燃油噴射系統（EFI）中，在進(jìn)氣通道上安裝有空氣流量計。它的作用是測量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機氣缸內的空氣量，以便給發(fā)動(dòng)機的電控單元（ECU）提供數據，使ECU嚴格地控制混合氣的空燃比，即控制噴油器的噴油量，達到提高轎車(chē)燃油經(jīng)濟性、動(dòng)力性以及排放清潔性的目的。
測量進(jìn)氣量常用的空氣流量計有卡門(mén)旋渦式空氣流量計、翼片式空氣流量計、熱線(xiàn)式空氣流量計、熱膜式空氣流量計。翼片式空氣流量計結構簡(jiǎn)單、可靠性高，但進(jìn)氣阻力大，響應較慢且體積大；熱線(xiàn)式空氣流量計無(wú)運動(dòng)部件，工作可靠，響應快，但缺點(diǎn)是易受吸入氣體脈動(dòng)影響，在流速分布不均時(shí)誤差較大，且易斷絲；熱膜式空氣流量計的工作原理和熱線(xiàn)式空氣流量計類(lèi)似，但熱膜式傳感器不使用白金線(xiàn)作為熱線(xiàn)，而是將熱線(xiàn)電阻、補償電阻等用厚膜工藝制作，在同一陶瓷基片上，使發(fā)熱體不直接承受空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的作用力，從而增加了發(fā)熱體的強度，不但使空氣流量計的可靠性進(jìn)一步提高，也使誤差減小，性能更好，但仍然存在著(zhù)流速分布不均時(shí)誤差較大的問(wèn)題。
卡門(mén)旋渦式空氣流量計無(wú)可動(dòng)部件，具有無(wú)磨損、進(jìn)氣阻力小、體積小、重量輕、反應靈敏、壓力損失低、脈動(dòng)氣流測量精度高、測量范圍廣、便于安裝和維護，等優(yōu)點(diǎn)。唯一缺點(diǎn)是成本較高，多用在高檔轎車(chē)上。
二、卡門(mén)旋渦空氣流量計 
1、卡門(mén)旋渦原理
所謂卡門(mén)旋渦，是指在流體中放置一個(gè)圓柱狀或三角狀物體時(shí)，在這一物體的下游就會(huì )產(chǎn)生的兩列旋轉方向相反，并交替出現的旋渦，（圖1）。當滿(mǎn)足h/l=0.281時(shí)，兩列旋渦是穩定的。
對于圓柱體，設單列旋渦產(chǎn)生的頻率為f，則有： 
式中，St—斯特勞哈爾數；
d—圓柱體直徑（mm）；
ν—流體流速（m/s）；
β—直徑比，β=d/D，D為管道直徑。
若管道面積為A，由式（1）可知，流體的體積流量qv為： 
對于三角狀物體，其平均邊長(cháng)為d，則流體的體積流量qv為： 
對于一臺具體的卡門(mén)旋渦空氣流量計，有如下關(guān)系式： 
式中qv—空氣流量；
f—單列旋渦產(chǎn)生的頻率；
k—比例常數，它與管道直徑、圓柱體直徑等有關(guān)。
由式（4）可知，體積流量與卡門(mén)旋渦流量計的輸出頻率成正比。利用這一原理，對于一臺具體的卡門(mén)旋渦空氣流量計，只要檢測卡門(mén)旋渦的頻率，就可以求出空氣流量。
根據旋渦頻率的檢測方式的不同，汽車(chē)用渦流式空氣流量計分為超聲波檢測式和光學(xué)式檢測式兩種。例如，豐田凌志LS400型轎車(chē)和皇冠3.0型轎車(chē)采用了光電檢測渦流式空氣流量計；日本三菱吉普車(chē)、中國長(cháng)風(fēng)獵豹吉普車(chē)和韓國現代轎車(chē)采用了超聲波檢測渦流式空氣流量計。
2、卡門(mén)旋渦空氣流量計的工作原理
（1）光學(xué)式卡門(mén)旋渦空氣流量計
光學(xué)式卡門(mén)旋渦空氣流量計的工作原理如圖2所示。這種空氣流量計主要由管路、旋渦發(fā)生器、整流柵、導孔、反光鏡（金屬箔）、板彈簧、發(fā)光二極管（LED）、光敏晶體管等部分組成。發(fā)光二極管作為光源使用，而光敏三極管為光電轉換元件。
光學(xué)式卡門(mén)旋渦空氣流量計的工作原理是：在產(chǎn)生卡門(mén)旋渦的過(guò)程中，旋渦發(fā)生器兩側的空氣壓力會(huì )發(fā)生變化，通過(guò)導孔作用在金屬箔上，從而使其振動(dòng)，發(fā)光二極管的光照在振動(dòng)的金屬箔上時(shí)，光敏三極管接收到的金屬箔上的反射光是被旋渦調制的光，其輸出經(jīng)解調得到代表空氣流量的頻率信號。
（2）超聲波式卡門(mén)旋渦空氣流量計工作原理
超聲波式卡門(mén)旋渦空氣流量計的工作原理與光學(xué)式卡門(mén)旋渦空氣流量計的工作原理大致相同，只是光學(xué)元件換成了聲學(xué)元件，其原理如圖3所示。
工作原理：在旋渦發(fā)生器下游管路兩側相對安裝超聲波發(fā)射探頭1和超聲波接收探頭8，超聲波發(fā)射探頭1不斷向超聲波接收探頭8發(fā)出一定頻率（一般為40kHz）的超聲波，當超聲波通過(guò)進(jìn)氣氣流到達超聲波接收器時(shí)，由于受到卡門(mén)渦流對空氣密度的影響，就會(huì )使超聲波從發(fā)射探頭到接收探頭的時(shí)間較無(wú)旋渦時(shí)變晚而產(chǎn)生相位差。集成控制電路對此相位信號進(jìn)行處理，根據相位或相位差的變化情況計量出渦流的頻率，就可得到旋渦脈沖信號（渦流頻率信號），即代表體積流量的電信號，該信號輸入ECU后，ECU就可以計算出進(jìn)氣量。
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