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      德國KRACHT克拉克渦旋流量計TM 0,55 T R 320 X型矩形脈沖的方角及垂直沿

KRACHT渦旋流量計（Vortex flowmeter）是測定吸入發(fā)動機(jī)空氣流量的傳感器裝置，屬于卡曼渦旋式空氣流量計類型，安裝于空氣濾清器與進(jìn)氣軟管之間。其核心功能為實(shí)時采集進(jìn)氣量信息并轉(zhuǎn)換為電信號，為ECU計算噴油量及點(diǎn)火時刻提供基礎(chǔ)參數(shù) [1] [4]。若傳感器發(fā)生故障或信號異常，將導(dǎo)致ECU無法準(zhǔn)確控制噴油量，可能引發(fā)混合氣濃度異常，造成發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)或功率下降。

該流量計采用渦旋發(fā)生管產(chǎn)生與空氣流速成正比的渦旋，測量方式分為反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩類：前者通過導(dǎo)壓孔將壓力變化傳導(dǎo)至反光鏡腔，利用發(fā)光二極管與光敏三極管檢測反光鏡扭轉(zhuǎn)振動頻率 [3]；后者通過發(fā)射超聲波檢測相位變化頻率，計算旋渦數(shù)量及空氣流量。其輸出為數(shù)字信號頻率，具備直接脈沖寬度調(diào)制特征。測量系統(tǒng)集成于空氣濾清器總成，在三菱發(fā)動機(jī)中應(yīng)用較多

空氣流量傳感器是測定吸入發(fā)動機(jī)的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機(jī)的空氣量，以此作為ECU計算控制噴油量的主要依據(jù)。如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障，ECU得不到正確的進(jìn)氣量信號，就不能正常地進(jìn)行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。

卡曼渦旋式空氣流量計，是在進(jìn)氣道中安裝渦旋發(fā)生管，流經(jīng)的空氣速度不同，在管的出口端附近產(chǎn)生頻率不同的渦旋，在渦旋附近安裝一金屬薄片。薄片隨渦旋發(fā)生振動，就像人的耳膜受聲波的激勵發(fā)生振動。薄片上涂有反光材料，對發(fā)光二極管發(fā)出的光線進(jìn)行反射，當(dāng)反射光線經(jīng)過光電晶體管時產(chǎn)生電脈沖信號。通過計算脈沖的頻率可以知道渦旋的頻率，從而得到空氣的流速。這個過程像人的眼睛，是靠感受光線來獲得信息的。卡曼渦旋空氣流量傳感器具有如下特點(diǎn):精度高、壽命長，可靠性高。

為了克服活門式空氣流量傳感器的缺點(diǎn)，即在保證測量精度的前提下，擴(kuò)展測量范圍，并且取消滑動觸點(diǎn)，開發(fā)出小型輕巧的空氣流量傳感器，即卡曼渦旋式空氣流量傳感器。卡曼渦旋是一種物理現(xiàn)象，渦旋的檢測方法、電子控制電路與檢測精度根本無關(guān)，空氣的通路面積與渦旋發(fā)生柱的尺寸變化決定檢測精度。又因?yàn)檫@種傳感器的輸出的是電子信號頻率。所以向系統(tǒng)的控制電路輸入信號時，可以省去AD轉(zhuǎn)換器。因此，從本質(zhì)來看，卡曼渦旋式空氣流量傳感器是適用于微機(jī)處理的信號。這種傳感器因?yàn)槭菣z測體積流量所以不需要對溫度及大氣壓力進(jìn)行修正。

在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有線形或三角形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時，在其后部的氣流中會不斷產(chǎn)生一列不對稱卻十分規(guī)則的被稱為卡曼渦流的空氣渦流。根據(jù)卡曼渦流理論，這個旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動方向移動，其移動的速度與空氣流速成正比，即在單位時間內(nèi)通過渦流發(fā)生器后方某點(diǎn)的旋渦數(shù)量與空氣流速成正比。因此，通過測量單位時間內(nèi)渦流的數(shù)量就可計算出空氣流速和流量。

測量單位時間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。反光鏡檢出式卡曼渦旋流量傳感器，其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在一個很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動，其振動頻率與單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。

超聲波檢出式卡曼渦旋式空氣流量傳感器在其后半部的兩側(cè)有一個超聲波發(fā)射器和一個超聲波接收器。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時，由于受氣流中旋渦的影響，使超聲波的相位發(fā)生變化。根據(jù)接收器測出的相應(yīng)變化的頻率，計算出單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點(diǎn)火提前

這種空氣流量傳感器的流量檢測的原理:當(dāng)有卡曼渦旋產(chǎn)生時，就隨著速度及壓力的變化，流量檢測的基本原理就是利用其中速度的變化。空氣流量傳感器輸出至控制組件信號波形。信號為方波、數(shù)字信號。進(jìn)氣量越多，卡曼渦旋的頻率越高，空氣流量傳感器輸出信號的頻率就越高.

壓力變化檢測型卡曼渦旋式空氣流量傳感器:

渦流是從渦旋發(fā)生器兩端交替發(fā)生的，因此渦旋發(fā)生器的兩端的壓力也是交替變化，這種壓力的變化通過渦流發(fā)生器下游側(cè)錐型柱上的導(dǎo)壓孔引導(dǎo)到反光鏡腔中，反光鏡腔中的反光鏡是用很細(xì)的張緊帶張緊的，所以，張緊帶上出現(xiàn)扭曲與振動，此外，利用板彈簧給張緊帶加上適當(dāng)?shù)膹埩Γ纱耍駝优c渦旋壓力之外的壓力變化等難以造成影響，從而可得到穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)與振動。

因渦旋出現(xiàn)而形成的壓力經(jīng)導(dǎo)壓孔到反光鏡腔中，與反射腔中的壓力變化同步、反光鏡在張緊帶上形成扭轉(zhuǎn)、振動。反光鏡非常輕巧，即使在低流量、壓力變化非常小的狀況下，也會動作。在反光鏡的上部，相應(yīng)配置有發(fā)光二極管與光敏三極管等構(gòu)成的光傳感器，二極管發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射，并射到光敏三極管上時，就會變成電流，經(jīng)波形電路后輸出

曼渦旋式空氣流量計通常與空氣濾清器組成一體，這種類型常見用在三菱發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，它的輸出方式是數(shù)字式，但它與其它的數(shù)字式輸出的空氣流量計不同，大多數(shù)數(shù)字式輸出的空氣流量計隨空氣流量的改變，輸出頻率將隨之改變，而卡曼渦旋式空氣流量計不僅改變頻率，同時還改變脈沖寬度，通常數(shù)字式空氣流量計在空氣流量增大時頻率也隨之增加，在加速時，卡曼渦旋式空氣流量計與其它數(shù)字式空氣流量計不同之處在于它不但頻率增加，同時它的脈沖寬度也改變，因?yàn)榇蠖鄶?shù)卡曼渦旋式空氣流量計有提供與空氣流量對應(yīng)的頻率參數(shù)，所以測試卡曼渦旋式空氣流量計時，波形圖就十分有用

起動發(fā)動機(jī)，試驗(yàn)不同轉(zhuǎn)速時的情況，把較多的時間用在測試發(fā)動機(jī)性能有問題的轉(zhuǎn)速段內(nèi)，看示波器;確信在任何給定的運(yùn)行方式下，波形的重復(fù)性和精確性幅值、頻率、形狀脈沖寬度等幾個方面關(guān)鍵參數(shù)都是不相同的;確信在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的空氣流量的情況下，空氣流量計能產(chǎn)生穩(wěn)定頻率

在大多數(shù)情況下，波形的振幅應(yīng)該滿5V。同時也要按照一致原則看波形的正確形狀，矩形脈沖的方角及垂直沿。

在穩(wěn)定的空氣流量下流量計產(chǎn)生的頻率也應(yīng)該是穩(wěn)定的，無論是什么樣的值都應(yīng)該是一致的。當(dāng)這種型號的空氣流量計工作正常時，脈沖寬度將隨加速的變化而變化，這是為了加速加濃時，能夠向控制電腦提供非同步加濃及額外噴射脈沖信號。所看到的可能的缺陷和不正確的關(guān)鍵參量是脈沖寬度縮短，不應(yīng)該有峰尖以及圓角的產(chǎn)生，這些都會影響發(fā)動機(jī)性能和造成排放等問題