2015年第2期
国外内燃机
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用于检测空气质量流量的车用空气流量传感器的开发
【日】内山燕
摘要：回顾日立汽车系统公司开发车用空气流量传感器的经过。在开发过程中，研究人员对热线元件、空气旁通回路及控制回路等部件进行精心设计，采用若干新技术和新工艺，确保了产品的可靠性。该传感器现已实现量产，传感器所采集的信号被输入发动机电控单元，可作为计算最佳燃油喷射量的依据。同时，这一空气流量传感器还具有检测发动机负荷状态的功能。
关键词：空气流量传感器发动机电控单元热线元件旁通回路可靠性
0前言
1960年，汽车尾气排放首次成为社会问题。 1970年，美国制定了著名的"马斯基法”，目的是防止大气污染，这一排放法规将汽车废气排放限值修订为以往的1/10。恰巧也是在当时，微型计算机间世，这加快了与废气排放对策相对应的车用发动机电控化的进程。同时，作为检测发动机负荷状态的重要装置，空气流量传感器已成为必不可少的汽车部件。
1车用发动机的电控化与空气流量传感器的作用
图1为电控燃油喷射系统示意图。这一系统利用转速传感器检测发动机的转速，将采集到的信号 n，与用于检测发动机进气量的空气流量传感器所采集到的信号Q一起，输人至发动机电控单元，再使用微型计算机计算最佳的燃油喷射量9，最后通过喷油器喷射燃油。参数n、Q、q的关系如式(1)所示。
发动机电控单元
控制器
燃油菊
空气流量传感器(O)
配管
节气门开度传感器
喷油器(q) QbA
氧传感器
4 催化转化器
冷却液温度传感器
HH
转速传感器(n)3
图1燃油喷射系统示意图
方方数据
q=MXQ/n
(1)
式中，M为冷却液和空气的温度，是与加速及减速等运转状态相关的系数。
2空气流量传感器的工作原理
检测空气流量有多种方法。在发动机中，作为燃油的燃烧控制参数，检测空气的质量流量是较为理想的方法。最初，有多家生产商开发了分别测量空气体积或质量的流量传感器，而日立汽车系统公司的研究人员决定开发并采用检测空气质量流量的热线式传感器。热线式传感器的原理是，使电流流过加热的电阻器（热线），在发热的状态下暴露于空气中，由于空气的传热作用，会导致热线温度发生变化即电阻值发生变化)。在此，如对电流加以控制，使加热温度维持恒定值，则加热电流就能作为空气流量的函数。设加热的热线电阻值为R，加热电流为Ih，则热线的加热电力与至空气的传热将遵循 King的试验公式(式(2))，加热电流I与空气流量 Q呈4次方的关系。
I×R=(A+BQ)AT
(2)
式中,A和B是与热特性相关的常数，△T是热线温度T，与空气温度T的差。
3传感器元件和热线元件的开发
在1970年的市场上，并没有适用于热线式空气流量传感器的电阻器商品，因此，当时的研究人员自行开发了热线元件（图2）。该元件是在外径 0.5mm、长2.0mm的陶瓷轴线管的两端，用玻璃固定铂系合金引线，再绕卷20um的铂丝，并且在铂丝表面用玻璃包裹保护。另外，用焊接的方法连接铂丝与引线。研究人员经过多次的反复试验后，才确