CN203881390U - 空气质量流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空气质量流量计，包括热膜传感器，设于热膜传感器的热电阻，其特征在于：所述热膜传感器电连接于控制电路，所述控制电路包括惠斯登电桥电路、电桥平衡电路、功率放大器、微处理器、D/A转换、信号输出电路，所述惠斯登电桥电路的输出端电连接所述电桥平衡电路的输入端，所述电桥平衡电路的输出端电连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大器的输出端反馈至所述惠斯登电桥电路的输入端，所述微处理器的输入端电连接于所述惠斯登电桥电路的输出端，所述微处理器的输出端电连接所述D/A转换的输入端，所述D/A转换的输出端电连接于所述信号输出电路的输入端；该空气质量流量计工作稳定，能输出准确地流量信号。

Description

空气质量流量计

技术领域

本实用新型涉及车用设备，尤其涉及一种空气质量流量计。

背景技术

现代汽车发动机的控制系统一般采用电子控制系统，其中喷油量的控制也由之前的化油器喷油改为电控喷油。电子控制汽油喷射系统(EFI)就是由计算机控制喷油量的汽油供给系统，其由信号采集及输入装置(各种传感器及控制开关)检测发动机的工况，并将信息传递给电子控制单元(ECU)，经ECU处理后，发出控制指令，决定执行器件(喷油器)的喷油量。为了在各种运转工况下都能获得最佳空燃比的混合气,发动机必须准确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量。

发动机的电控系统中，传感器作为输入信号，检测并传递给ECU相应的流量、温度、压力等信号。电子喷油系统的传感器即为目前广泛使用的空气流量计，一般安装在空气滤清器和节气门体之间,用它来测量吸入发动机中的空气量的多少。电子控制单元(ECU)接受来自空气流量计的流量信号，结合发动机的不同运转工况信息，通过空燃比计算来控制燃油喷射器的喷射量，所以空气流量计作为控制喷油量的主要参数，其性能与可靠性对电喷发动机正常运转和排放控制至关重要。空气质量流量计的精度决定了输入ECU的空气质量流量信号是否正确，从而对空燃比、喷油量产生着影响，进而对发动机的油耗和排放性能也造成影响。

热线(膜)式空气流量计是建立在热平衡原理基础上的,其工作原理为在空气通道中放置热线(膜),当空气通过流量计时,热线(膜)被冷却,工作温度下降,周围流过的空气质量流量越大被带走的热量也就越多,其电阻值随之减小,电桥失去平衡,此时集成运算放大器会自动增加供给热线(膜)的电流,使热线恢复原来的工作温度和电阻值,直至电桥恢复平衡。热线(膜)电流与空气质量流量存在相对应关系,可计算出空气质量流量，也可以测量恒定电流条件下热线(膜)电阻与检测实际空气温度的参考电阻差值,来计算空气质量流量。

对于汽车空气流量计的研究，是随着汽车工业与传感器、微处理器的发展而不断进行的。近年来，汽车发动机多采用可变气门定时控制的发动机，这种发动机中的进气空气流量变化更大，要求流量计的测量范围广泛，测量效果稳定，对流量计提出了更高要求。具体到热膜式流量传感器与流量计，国内外学者的研究多集中于其动态特性上。针对热膜式MAF传感器存在的非线性问题，国内外学者采用多种方法进行了研究。Buehler等提出以综合信息方法分析热膜/热线式MAF传感器，得到空气质量流量传感器在不同进气量下的特性，用于进气量的控制。I.Mrad等提出用时变自回归滑动平均RMA均模型描述MAF传感器的动态非线性特性，预测传感器的响应。但是，这些方法计算复杂，难以实现，也不利于传感器的动态校正。国内的吴克刚等人对MAF传感器进行动态非线性建模，结论表明，热式流量传感器的动态性能具有很明显的非线性特性。非线性导致的传感器输出会造成误差，从而引起发动机喷油量过大或者过小，不利于节能环保。国内学者仅从机理上研究和证明，尚未提出过相应的解决思路。

美国专利号为4986243的专利：Mass air flow engine control system withmass air event integrator对热膜式传感器的校正提供了一种思路。其采用电控单元中的查表式(Look-up Table)算法，对于特定的传感器应用提供一种线性校正的方法。上述的改进思路是在发动机控制算法上进行控制，对于不同传感器，其控制效果并不能得以很好的体现。而且，针对某一型号的轿车，不易实现通用化和产品化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种空气质量流量计，该空气质量流量计对现有空气质量流量计改动较小，其能够较准确地检测到汽车进气的实时流量值，以使电子控制单元准确计算出喷油量。

为了达到上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种空气质量流量计，包括热膜传感器，设于热膜传感器的热电阻，所述热膜传感器电连接于控制电路，所述控制电路包括惠斯登电桥电路、电桥平衡电路、功率放大器、微处理器、D/A转换、信号输出电路，所述惠斯登电桥电路的输出端电连接所述电桥平衡电路的输入端，所述电桥平衡电路的输出端电连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大器的输出端反馈至所述惠斯登电桥电路的输入端，所述微处理器的输入端电连接于所述惠斯登电桥电路的输出端，所述微处理器的输出端电连接所述D/A转换的输入端，所述D/A转换的输出端电连接于所述信号输出电路的输入端。

所述电桥平衡电路包括四个运算放大器，所述运算放大器的其中两个分别电连接一个反馈滤波器，所述两个运算放大器的输入端接入所述惠斯登电桥电路的输出端，所述两个运算放大器的输出端电连接第三个所述运算放大器的输入端，所述第三个运算放大器的输出端电连接第四个所述运算放大器的输入端，所述第四个运算放大器的输出端电连接所述功率放大器。

第一运算放大器(A)的正相输入端(3)电连接所述惠斯登电桥电路的输出端，所述第一运算放大器(A)的反相输入端(2)电连接电容(C1)和电阻(R4)，所述电容(C1)、电阻(R4)相互连接，所述第一运算放大器(A)的反相输入端(2)通过反馈电阻(R9)电连接所述第一运算放大器(A)的输出端(1)，所述第二运算放大器(B)的正相输入端(5)电连接所述惠斯登电桥电路的输出端，所述第二运算放大器(B)的反相输入端(6)电连接所述电容(C1)和电阻(R4)，所述第二运算放大器(B)的反相输入端(6)通过反馈电阻(R8)电连接所述第二运算放大器(B)的输出端(7)，所述第一运算放大器(A)的输出端(1)电连接第三运算放大器(C)的反相输入端(9)，所述第二运算放大器(B)的输出端(7)电连接所述第三运算放大器(C)的正相输入端(10)，所述第三运算放大器(C)的输出端(8)通过电阻(R7)电连接第四运算放大器(D)的反相输入端(13)，所述第四运算放大器(D)的正相输入端(12)通过电阻(R10)接地，所述第四运算放大器(D)的输出端(14)通过电阻(R11)电连接所述功率放大器。

所述功率放大器包括二极管(E)、电容(C2)、第一三极管(F)、第二三极管(G)，电阻(R12)，所述二极管(E)正极电连接电源(VCC)，负极电连接电容(C2)、第一三极管(F)、第二三极管(G)的集电极，所述电容(C2)的一端接地，所述第二三极管(G)的基极电连接所述电桥平衡电路的输出端，所述第二三极管(G)的发射极电连接所述第一三极管(F)的基极，所述第一三极管(F)的发射极电连接所述惠斯登电桥电路的输入端，所述电阻(R12)一端电连接所述二极管(E)的负极，另一端电连接所述第二三极管(G)的发射极。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

(1)本实用新型空气质量流量计，其仅对现有流量计增加了电桥平衡电路、功率放大器、微处理器，对于现有流量计的改动较小，实现成本较低。

(2)本实用新型空气质量流量计，其采用电桥平衡电路、功率放大器对惠斯登电桥电路的输出信号做出调整及放大，使输出信号准确性大大提高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的控制电路的模块示意图。

图2为本实用新型实施例的电桥平衡电路的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的功率放大器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进行进一步的说明：

本实用新型提供的一种空气质量流量计，包括热膜传感器，设于热膜传感器的热电阻，所述热膜传感器电连接于控制电路，如图1所示，所述控制电路包括惠斯登电桥电路、电桥平衡电路、功率放大器、微处理器、D/A转换、信号输出电路，所述惠斯登电桥电路的输出端电连接所述电桥平衡电路的输入端，所述电桥平衡电路的输出端电连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大器的输出端反馈至所述惠斯登电桥电路的输入端，所述微处理器的输入端电连接于所述惠斯登电桥电路的输出端，所述微处理器的输出端电连接所述D/A转换的输入端，所述D/A转换的输出端电连接于所述信号输出电路的输入端。

所述电桥平衡电路包括四个运算放大器，所述运算放大器的其中两个并联接入所述惠斯登电桥电路的输出端，其余两个所述运算放大器相互串联后与两个并联的运算放大器电连接。

具体来说，如图2所示，第一运算放大器A的正相输入端3电连接所述惠斯登电桥电路的输出端，所述第一运算放大器(A)的反相输入端2电连接电容C1和电阻R4，所述电容C1、电阻R4相互连接，所述第一运算放大器A的反相输入端2通过反馈电阻R9电连接所述第一运算放大器A的输出端1，所述第二运算放大器B的正相输入端5电连接所述惠斯登电桥电路的输出端，所述第二运算放大器B的反相输入端6电连接所述电容C1和电阻R4，所述第二运算放大器B的反相输入端6通过反馈电阻R8电连接所述第二运算放大器B的输出端7，所述第一运算放大器A的输出端1电连接第三运算放大器C的反相输入端9，所述第二运算放大器B的输出端7电连接所述第三运算放大器C的正相输入端10，所述第三运算放大器C的输出端8通过电阻R7电连接第四运算放大器D的反相输入端13，所述第四运算放大器D的正相输入端12通过电阻R10接地，所述第四运算放大器D的输出端14通过电阻R11电连接所述功率放大器。当然，所述运算放大器A、B、C、D均一端接电源VCC，另一端接地，此为本领域常识，在此不在详述。

所述功率放大器包括二极管E、电容C2、第一三极管F、第二三极管G，电阻R12，所述二极管E正极电连接电源VCC，负极电连接电容C2、第一三极管F、第二三极管G的集电极，所述电容C2的一端接地，所述第二三极管G的基极电连接所述电桥平衡电路的输出端，所述第二三极管G的发射极电连接所述第一三极管F的基极，所述第一三极管F的发射极电连接所述惠斯登电桥电路的输入端，所述电阻R12一端电连接所述二极管E的负极，另一端电连接所述第二三极管G的发射极。

上述结构的空气质量流量计，安装于汽车发动机进气口时，当发动机进风时，热膜传感器的温度变化而导致热电阻阻值发生变化，惠斯登电桥电路输出电压，该输出电压经所述电桥平衡电路的滤波、调整，以及功率放大器的放大、反馈至惠斯登电桥电路后，再由惠斯登电桥电路将调整后的输出电压信号发送至所述微处理器，所述微处理器将该电压信号处理后经D/A转换后传输至信号输出电路，再由信号输出电路输出至汽车的电子控制单元(ECU)。

通过上述结构的空气质量流量计，能够有效地将经过调整的惠斯登电桥电路的输出信号经信号输出电路输出至电子控制单元，单子控制单元根据这个比较准确的输出值，来计算需要的喷油量，从而控制汽车的喷油机构进行相应喷油，使发动机得到较好的空燃比。

Claims (4)

1.一种空气质量流量计，包括热膜传感器，设于热膜传感器的热电阻，其特征在于：所述热膜传感器电连接于控制电路，所述控制电路包括惠斯登电桥电路、电桥平衡电路、功率放大器、微处理器、D/A转换、信号输出电路，所述惠斯登电桥电路的输出端电连接所述电桥平衡电路的输入端，所述电桥平衡电路的输出端电连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大器的输出端反馈至所述惠斯登电桥电路的输入端，所述微处理器的输入端电连接于所述惠斯登电桥电路的输出端，所述微处理器的输出端电连接所述D/A转换的输入端，所述D/A转换的输出端电连接于所述信号输出电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的空气质量流量计，其特征在于：所述电桥平衡电路包括四个运算放大器，所述运算放大器的其中两个分别电连接一个反馈滤波器，所述两个运算放大器的输入端接入所述惠斯登电桥电路的输出端，所述两个运算放大器的输出端电连接第三个所述运算放大器的输入端，所述第三个运算放大器的输出端电连接第四个所述运算放大器的输入端，所述第四个运算放大器的输出端电连接所述功率放大器。

3.根据权利要求2所述的空气质量流量计，其特征在于：第一运算放大器(A)的正相输入端(3)电连接所述惠斯登电桥电路的输出端，所述第一运算放大器(A)的反相输入端(2)电连接电容(C1)和电阻(R4)，所述电容(C1)、电阻(R4)相互连接，所述第一运算放大器(A)的反相输入端(2)通过反馈电阻(R9)电连接所述第一运算放大器(A)的输出端(1)，所述第二运算放大器(B)的正相输入端(5)电连接所述惠斯登电桥电路的输出端，所述第二运算放大器(B)的反相输入端(6)电连接所述电容(C1)和电阻(R4)，所述第二运算放大器(B)的反相输入端(6)通过反馈电阻(R8)电连接所述第二运算放大器(B)的输出端(7)，所述第一运算放大器(A)的输出端(1)电连接第三运算放大器(C)的反相输入端(9)，所述第二运算放大器(B)的输出端(7)电连接所述第三运算放大器(C)的正相输入端(10)，所述第三运算放大器(C)的输出端(8)通过电阻(R7)电连接第四运算放大器(D)的反相输入端(13)，所述第四运算放大器(D)的正相输入端(12)通过电阻(R10)接地，所述第四运算放大器(D)的输出端(14)通过电阻(R11)电连接所述功率放大器。

4.根据权利要求3所述的空气质量流量计，其特征在于：所述功率放大器包括二极管(E)、电容(C2)、第一三极管(F)、第二三极管(G)，电阻(R12)，所述二极管(E)正极电连接电源(VCC)，负极电连接电容(C2)、第一三极管(F)、第二三极管(G)的集电极，所述电容(C2)的一端接地，所述第二三极管(G)的基极电连接所述电桥平衡电路的输出端，所述第二三极管(G)的发射极电连接所述第一三极管(F)的基极，所述第一三极管(F)的发射极电连接所述惠斯登电桥电路的输入端，所述电阻(R12)一端电连接所述二极管(E)的负极，另一端电连接所述第二三极管(G)的发射极。