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CFD在发动机空气流量计信噪比优化中的应用
王召婧 张小矛 陈明 徐政
（上海汽车集团股份有限公司技术中心/上海市汽车动力总成重点实验室，上海，201804）
（Tel: 021-60595352 Email: wangzhaojing@saicmotor.com）
摘要：本文针对某款发动机进气系统中空气流量计出现的信噪比超标问题，采用CFD分析软件STAR
CCM+对不带MAF的进气系统整体流动状态进行了数值模拟分析。通过数值分析，研究了信噪比超标的原因，探究了多种
优化方案的合理性和可行性，最终确定了加装整流格栅的优化方案。基于该优化方案，本文对优化前后的带MAF进气系统
流场进行了数值模拟对比分析，结果表明，在进气量为10kg/h的工况下，加装整流格栅后MAF前流动均匀性提高，速度均
匀性指数从83.8%提高到89.2%。在此数值模拟结果的基础上，采用优化后的进气系统结构进行了信噪比相关试验，试验结
果表明，MAF的信噪比指标得到了很大的改进，在进气量为10kg/h的工况下，MAF信噪比指标下降了9.5%。
关键词：CFD 进气系统MAF 信噪比 优化
0前言
目前汽车排放法规越来越严苛，发动机技术趋于电控化，电控系统控制喷油量以及不
同工况下对EGR率的控制都需要精确的测量由进气系统吸入气缸的新鲜空气量，其中空气流
量计（Mass Air Flow
Sensor，简称MAF）是用来测量发动机的进气量。如果空气流量计前端进气气流不均匀，甚至
出现紊流时，将会引起空气流量计测得的空气流量信号不准确，发动机电控单元得不到正
确的进气量信号，就不能精确的进行喷油量及EGR率的控制，当发动机电控单元接收到连续
不稳定的进气量信号时，喷油量或EGR率出现不稳定的情况，可能导致发动机喘抖、怠速不
稳、行驶费油、尾气排放恶劣等问题。所以空气流量计安装处的气流必须足够均匀，尽量减
少湍流强度，将保证进气系统空气流量计测量的精度。
本文针对某款发动机进气系统中空气流量计出现的信噪比超标问题，采用CFD分析软件
STAR
CCM+对不带MAF的进气系统整体流动状态进行了数值模拟分析。通过数值分析，研究了信噪
比超标的原因，探究了多种优化方案的合理性和可行性，最终确定了加装整流格栅的优化
方案。基于该优化方案，本文对优化前后的带MAF进气系统流场进行了数值模拟对比分析，
解决了该进气系统MAF进气系统MAF信噪比超标的问题。
1质量流量传感器信噪比指标超标
质量流量传感器信噪比指标用统计学概念来表达，在某特定流量下对传感器信号进行
样本采集，对该流量下的数据采集100个点，置信度取99%，用2.581σ与样本数据的平均值的
百分比来评估其一定流量下的信噪比水平，其中σ是该样本的标准差，其百分比值越小，传
感器信号越精确。该进气系统要求测量流量范围为5-
500kg/h，信噪比指标控制在目标线以下。图1是测量进气系统MAF精度的试验设备示意图，
图2为该进气系统MAF信噪比（置信度99%）结果及目标线，其中不同颜色曲线为同一套进气系
统配置不同的MAF的测量结果。由结果可以看出，在流量100kg/h以下，大部分信噪比结果是
超出目标线的，尤其是在流量为10kg/h时，信噪比指标超出目标线大约7.5%。所以该进气系
统结构或者MAF安装位置需要被优化。
图1 空气质量流量传感器信噪比测量设备图 图2 置信度为99%时进气系统MAF信噪比结果
2数学模型的建立
空气滤清器的计算属于单相流计算，计算条件在常温进行，温度变化小，因此不考虑气
体的热力学模型。一般来说，空气滤清器内部的气流运动属于湍流流动，因此需要设置湍流
模型，本文采用比较成熟的k-ε双方程模型。
计算采用SIMPLE方法求解，采用速度和压力的分离求解器。由于网格较多且分散密集，
所以采用二阶迎风格式离散处理。假设进气过程中气体温度不变，均为常温，忽略温度变化
对空气密度的影响，因此气体采用定常密度；由于k-ε
湍流模型只适用于离开壁面一定距离的湍流区域，因此对于壁面附近的区域采用标准壁面
函数法来处理。
2.1几何模型和网格模型
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