文昊，許冀陽，劉艷偉，李文中

(1.長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安710064;2.河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300130;3.重慶理工大學(xué)汽車學(xué)院，重慶400050)

0 引言

電子工業(yè)的發(fā)展使得大量的傳感器運(yùn)用到汽車上來，空氣流量傳感器作為電控汽油發(fā)動機(jī)控制信號來源之一得到了普遍的運(yùn)用?？諝饬髁總鞲衅鲗⑦M(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺⑤斔偷娇刂茊卧??？刂茊卧罁?jù)進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、工況等計(jì)算出最佳噴油量，調(diào)節(jié)氣缸中混合氣的空燃比。最終達(dá)到提高發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)型以及排放性等性能。

1 汽車電子技術(shù)的發(fā)展

自從汽車工業(yè)誕生以來，汽車工業(yè)就走上了飛速發(fā)展的道路，發(fā)展到如今，汽車成為人們生活中不可缺少的一部分，而到目前為止汽車工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了比較成熟的階段。在汽車工業(yè)的發(fā)展過程中電子技術(shù)使其發(fā)生了質(zhì)的變革，電子工業(yè)朝著傳統(tǒng)的汽車工業(yè)滲透，應(yīng)用到汽車中的電子技術(shù)占到汽車總成本的30%以上，因此在眾多的汽車新技術(shù)中電子技術(shù)成為最受人們關(guān)注和最有發(fā)展?jié)摿Φ囊徊糠帧?/p>

2 空氣流量質(zhì)量對發(fā)動機(jī)的影響

電控發(fā)動機(jī)對發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)型、排放性和操縱穩(wěn)定性等都有很大的改善。在傳統(tǒng)的化油器發(fā)動機(jī)中空燃比不能控制在有效的范圍內(nèi)，特別是中小負(fù)荷使發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性變差，因此精確地控制空燃比對發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性尤為重要［1］。電控發(fā)動機(jī)的空燃比是依靠進(jìn)入氣缸的空氣量及運(yùn)行工況決定噴油量改變空燃比，所以對進(jìn)入氣缸的空氣量的檢測尤為重要。

3 空氣流量計(jì)的發(fā)展及比較

3.1 空氣流量計(jì)的類型

通常用于電控發(fā)動機(jī)測量發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的方法可以分為兩類:一類為間接法，測得發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管的絕對壓力，然后通過測得的進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣密度、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算出進(jìn)氣空氣的流量質(zhì)量，間接測量測量精度比較低。另一類為直接測量法，分為體積流量測量和質(zhì)量流量測量。體積流量測量有卡門渦旋式空氣流量計(jì)和翼板式空氣流量計(jì)，質(zhì)量流量測量有熱線式空氣流量計(jì)和熱膜式空氣流量計(jì)［2］。噴油量是根據(jù)進(jìn)入空氣質(zhì)量決定噴油量的，用熱線或熱膜式質(zhì)量流量計(jì)測量的直接是空氣的質(zhì)量流量，所以其測量精度比較高。

3.2 卡門渦流式空氣流量計(jì)

卡門渦流式傳感器在進(jìn)氣道的中央設(shè)置一個錐形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時，會在渦流發(fā)生器的后部產(chǎn)生渦流，渦流的發(fā)生頻率和空氣的流速成正比。

卡門渦流式傳感器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、進(jìn)氣阻力小等優(yōu)點(diǎn)，但該流量傳感器也是檢測氣體體積，需要對空氣溫度和大氣壓進(jìn)行修正。

3.3 葉片式空氣流量傳感器

該流量計(jì)在進(jìn)氣主道中裝一個可繞軸旋轉(zhuǎn)的葉片，在發(fā)動機(jī)工作的時候，空氣進(jìn)入進(jìn)氣道推動葉片旋轉(zhuǎn)，使葉片轉(zhuǎn)動的角度增大。而葉片軸部位的電位計(jì)也相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)，使電位計(jì)上的電阻阻值發(fā)生變化，傳感器的輸出電壓值變化［3］。葉片式流量計(jì)測得的是空氣的體積屬于間接測量，因此逐漸被淘汰。

3.4 熱線式空氣流量計(jì)

熱線式空氣流量計(jì)工作原理如圖1所示，主要由感知空氣流量的鉑金熱線RH、對進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正的溫度補(bǔ)償電阻RS、環(huán)境溫度測試電阻RK、電橋平衡電阻R1、R2等共同組成一個惠斯通電橋。當(dāng)空氣流經(jīng)鉑熱電阻RH時，鉑金電阻RH被冷卻，溫度降低，電阻值會隨著溫度降低而減小，使電橋失去平衡。為了恢復(fù)電橋的平衡，電路自動增加RH的電流，使RH恢復(fù)到平衡時的溫度和電阻值。因?yàn)镽S與RH為并聯(lián)電路，所以RS上的電流也增加，RS的阻值不變，所以RS兩端的電壓增加，測量RS兩端的電壓，通過轉(zhuǎn)換就得到相應(yīng)的進(jìn)氣空氣流量值［4］。

熱線式空氣流量傳感器直接測量空氣質(zhì)量流量，不需要補(bǔ)償大氣的壓力和進(jìn)氣溫度的變化，另外這種流量傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、測量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是熱線式空氣流量計(jì)在使用中容易被污染，影響其測量精度［5］。

4 空氣流量計(jì)的發(fā)展

汽車傳感器的發(fā)展方向是智能化、小型化、系統(tǒng)化、集成化以及多功能化?，F(xiàn)如今發(fā)展的MEMS傳感器質(zhì)量小、生產(chǎn)成本低 耗能低并且響應(yīng)時間短 所以 成為汽車傳感器的發(fā)展趨勢。

4.1 MEMS傳感器簡介

MEMS也叫做微機(jī)械，它是指可批量制作的集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器及信號處理和控制電路、接口、通信、電源等于一體的微型器件的系統(tǒng)。它融合了多種微加工技術(shù)，并且應(yīng)用現(xiàn)代的最新發(fā)展成果和最新技術(shù)發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。

4.2 MEMS在汽車上的應(yīng)用

汽車MEMS傳感器利用微精密機(jī)械加工和集成電路電子加工技術(shù)，以硅為主要材料將微米級的信號處理器、敏感元件、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，制造出新型高精度，高效能，低成本，微型智能傳感器。四類產(chǎn)品是汽車MEMS銷售額的主要貢獻(xiàn)者:壓力傳感器，加速計(jì)，陀螺儀和流量傳感器，這4種器件幾乎占了整個汽車MEMS市場銷售額的99%。

4.3 MEMS汽車傳感器的特點(diǎn)

MEMS傳感器在汽車上的應(yīng)用有以下幾個特點(diǎn):

(1)微型化、智能化。MEMS傳感器具有智能化、微型化等特點(diǎn)，把不同的多個傳感器集為一體。

(2)機(jī)械性能優(yōu)良，硅儲存量大。硅有良好的機(jī)械強(qiáng)度、機(jī)電合一性、優(yōu)良的電性能，便于實(shí)現(xiàn)集成化和多功能化，而且硅儲存量豐富，制造成本低。

(3)可靠性和穩(wěn)定性，MEMS可以將所有器件集成在一起制造，從而提高了可靠性和穩(wěn)定性。

(4)批量生產(chǎn)。車用傳感器大批量的生產(chǎn)從而大大降低了制造成本，有利于完成批量生產(chǎn)。

隨著高科技的發(fā)展，體積更小，成本更低的汽車空氣流量質(zhì)量傳感器將運(yùn)用到汽車上來，而MEMS空氣流量傳感器自身的特點(diǎn)使其無疑成為以后發(fā)展的趨勢。

【1】賀展開，龔曉艷.汽車傳感器的檢測［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011:9－23.

【2】吳克剛.溫差式熱膜空氣質(zhì)量流量傳感器［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(9):86－88.

【3】金躍川.汽車空氣質(zhì)量流量傳感器的研究［D］.武漢理工大學(xué)，2011(5):23－28.

【4】常紅梅.汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣質(zhì)量流量傳感器［D］.長安大學(xué)，2007(4):1－9.

【5】吳克剛.熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器的動態(tài)響應(yīng)［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(5):100－101.