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第二章 发动机电控系统主要传感器
第一节 空气流量计的相关知识
01
空气流量计主要应用于L型电控燃油喷射系统中，用于将单位时间内进人发动机的进气量转换成电信号，并将信号输人ECU。
一、空气流量计的作用及结构原理
02
检测叶片式空气流量计电阻，检查电源电压和信号电压，可用示波器读取叶片式空气流量计输出电压波形并与正常波形比较，如果差别较大，则应对空气流量计进行维修或更换。
二、空气流量计的拆检流程及技术要求
03
故障现象：一辆桑塔纳2000轿车行驶里程为10万多km。该车在缓加速时发动机工作尚可，但在急加速时发动机严重抖动，并回火“放炮”。
三、空气流量计典型故障案例分析
第二章 发动机电控系统
主要传感器
第一节 空气流量计的相关知识
第二章 发动机电控系统主要传感器
车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息,如车速、各种介质的温度、发动机工况等。转化成电信号输送给ECU，由ECU计算出最佳控制参数给传感器，以使发动机处于最佳工作状态。在汽车发动机上采用的传感器，主要有空气流量计、进气歧管绝对压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、曲轴和凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、氧传感器、爆燃传感器、常见开关信号及车速传感器等。
学习目标
◇掌握空气流量计的相关知识
◇掌握进气歧管绝对压力传感器的相关知识
◇掌握冷却液温度传感器及进气温度传感器的相关知识
◇掌握凸轮轴/曲轴位置传感器的相关知识
◇掌握节气门位置传感器的相关知识
◇掌握氧传感器的相关知识
◇掌握爆燃传感器的相关知识
◇掌握常见开关信号及其他类型传感器的相关知识
第一节 空气流量计的相关知识
一、空气流量计的作用及结构原理
空气流量计主要应用于L型电控燃油喷射系统中，用于将单位时间内进人发动机的进气量转换成电信号，并将信号输人ECU。空气流量计安装位置一般如图2-1所示。
图2-1 空气流量计的安装位置
AMET
AMET
AMET
AMET
A
叶片式
空气流量计
B
热式
空气流量计
C
卡门涡旋式
空气流量计
D
量芯式
空气流量计
空气流量计按照测量原理可分为叶片式空气流量计、热式空气流量计和卡门涡旋式空气流量计及量芯式空气流量计四种类型，如图2-2所示。
空气流量计的四种类型
第一节 空气流量计的相关知识
第一节 空气流量计的相关知识
1. 叶片式空气流量计的结构
叶片式空气流量计也可以称为翼片式或翼板式空气流量计。其主要特点是结构简单、可靠性好，测量精度不受电压波动的影响；但其进气阻力大，急加速响应性较慢，外形尺寸较大，布置较困难。它主要应用于沃尔沃760、雷克萨斯ES300、宝马535等轿车发动机上。叶片式空气流量计的结构如图2-3所示。它主要由测量板、补偿板(缓冲板)、回位弹簧、电位计、旁通空气道、怠速调整螺钉及接线插头等组成。叶片式空气流量计上一般还有一个电动燃油泵开关及一个进气温度传感器。
图2-3 叶片式空气流量计的结构
第一节 空气流量计的相关知识
2. 叶片式空气流量计的工作原理
叶片式空气流量计的工作主要依赖于电位计(图2-4)的工作。空气推力使测量板打开一个角度。当推开测量板的力和回位弹簧变形后的弹力相平衡时，测量板便停止转动，与测量板同轴转动的电位计轴带动可变电阻滑动触头滑动。当测量板保持某一开度时，就会使空气通道的面积保持一定，电位计的电阻值也保持一定，此时其测量端子便将一定的信号电压输送到发动机ECU。
图2-4 叶片式空气流量计的电位计
(一) 叶片式空气流量计
3. 叶片式空气流量计插接器及电路原理
叶片式空气流量计的插接器接口一般有7个端子，如丰田、日产系列的叶片式空气流量计，其电路原理如图2-5所示。注意：目前汽车上有一部分叶片式空气流量计插接器取消了电动燃油泵触点，只有5个端子。也有些只有4个端子的。例如，某些带涡轮增压的发动机中，叶片式空气流量计上没装进气温度传感器。
图2-5 叶片式空气流量 a)模拟控制系统采用 b)数字控制系统采用
a)热线式空气流量计
b)热膜式空气流量计
(二)热式空气流量计
热式空气流量计可以分为热线式空气流量计和热膜式空气流量计，如图2-6所示。
图2-6 热式空气流量计的两种形式
第一节 空气流量计的相关知识
(二)热式空气流量计
1. 热线式空气流量计
热线式空气流量计有主流测量方式(图2-7)和旁通测量方式(图2-8)两种，其结构基本相似。主流测量方式的热线式空气流量计主要由防回火和滤除脏物的防护网、采样管、热线电阻、温度补偿电阻、控制电路板及接线插头等组成。热线式空气流量计主要使用于沃尔沃、日产、别克等部分车型上。
图2-7主流测量方式的热线式空气流量计实物及结构组成
(二)热式空气流量计
图2-8旁通测量方式的热线式空气流量计实物及结构组成
(二)热式空气流量计
热线式空气流量计的工作原理如图2-9所示。
图2-9 热线式空气流量计的工作原理
Rt.温度补偿电阻 Rh.热线电阻 R1、R2、Rs、精密电阻
A.集成电路 Us.输出信号 U㏄作电压
在进气管道中放置热线电阻Rh，当空气流过热线时，热线的热量被空气吸收，使其变冷。热线周围通过的空气质量流量越大，被带走的热量就越多。热线式空气流量计就是利用热线与空气之间的这种热传递现象进行空气质量流量测量的。工作中它将热线温度与吸人空气温度差保持在100℃，热线温度由混合集成电路控制，当空气质量流量增大时，由于空气带走的热量增多，为保持热线温度，混合集成电路使热线电阻通过的电流增大，反之则减小。通过热线电阻的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流随着空气质量流量的增大而增大，随空气质量流量减小而减小。这样ECU根据热线电流的变化就可以计算出空气流量的大小。
热线式空气流量计都有自洁功能：发动机转速超过1500r/min，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统自动将热线加热到1000℃以上并保持约1s，使附在热线上的粉尘烧掉。
(二)热式空气流量计
2. 热膜式空气流量计
热膜式空气流量计的结构如图2-10所示，其发热体不是热线而是热膜，它是由发热金属铂固定在薄的树脂膜上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性和使用寿命。
热膜式空气流量计的工作原理与热线式基本相同,目前主要应用在捷达、桑塔纳2000Gsi、别克、奔驰等轿车上。
图2-10 热膜式空气流量计结构
(二)热式空气流量计
3. 热式空气流量计的电路原理热线式及热膜式空气流量计的插接器接口形式基本相同。图2-11所示为热线式空气流量计的电路原理图。
图2-11 热线式空气流量计的电路原理图
(三)卡门涡旋式空气流量计
卡门涡旋是一种物理现象，其产生原理如图2-12所示。当空气穿过锥状涡流发生器后不断产生卡门涡旋，涡旋的频率(个数)与空气流速成正比，与涡流发生器直径成反比。卡门涡旋式空气流量计是通过监测涡旋频率来计算空气流速，进而计算空气流量的。
图2-12 卡门涡旋形成原理图
根据传感器输出信号的检测原理，卡门涡旋式空气流量计可以分为反光镜式和超声波式两种。
(三)卡门涡旋式空气流量计
1. 反光镜测量方式的卡门涡旋式空气流量计
反光镜测量方式的卡门涡旋式空气流量计主要应用在丰田雷克萨斯LS400型轿车和皇冠3.0型轿车上。
(1) 结构组成 其结构组成如图2-13所示，主要由涡旋发生器、发光二极管、光敏晶体管、反光镜、集成控制电路等组成。
图⒉13 反光镜测量式卡门涡旋空气流量计结构组成
(三)卡门涡旋式空气流量计
(2) 工作原理 其工作原理如图2-14所示，当空气流经涡旋发生器时产生卡门涡旋，其压力发生变化，通过压力导向孔作用于铂金属制成的反光镜表面，使反光镜产生振动。反光镜振动时，将发光二极管投射的光反射给光敏晶体管，光敏晶体管将其转换为电信号，经流量计内IC集成电路整形后输人ECU，ECU根据该信号频率计算进气量。
图2-14 反光镜测量式卡门涡旋空气流量计工作原理图
(三)卡门涡旋式空气流量计
2. 超声波测量方式的卡门涡旋式空气流量计
超声波测量方式的卡门涡旋式空气流量计主要应用在三菱、长丰猎豹、现代汽车部分车型上。
(1) 结构组成 其结构组成及工作原理如图2-15所示，它主要由涡旋发生器、超声波信号发生器、超声波接收器、集成控制电路等组成。
(2) 工作原理 超声波检测方式的卡门涡旋式空气流量计是利用卡门涡旋引起的空气密度变化进行测量的，其工作原理如图2-15所示。
当发动机运转时，超声波信号发生器不断向超声波接收器发送一定频率的超声波。在超声波通过空气流到达接收器的过程中，卡门涡旋会造成空气密度的变化，受其影响，超声波信号发生器发出的超声波到达接收器的时机将变早或者变晚，即超声波的相位产生了一定的差值，利用集成电路中的放大器将其变成矩形波，矩形波的脉冲频率即为卡门涡旋的频率，从而计算出空气涡流的数量，得到发动机进气量的大小。
2. 超声波测量方式的卡门涡旋式空气流量计
图2-15 超声波测量方式的卡门涡旋式空气流量计结构组成及工作原理
卡门涡旋式空气流量计的插接器接口端子一般有三个,分别是ECU输入电压端、传感器信号输出端及搭铁端。图2-16所示为雷克萨斯LS400卡门涡旋式空气流量计与ECU的连接电路图
3.卡门涡旋式空气流量计电路原理
图2-16 雷克萨斯LS400卡门涡旋式空气流量计与ECU的连接电路图
a)测量示意图 b)电路图
量芯式空气流量计主要应用于马自达929车型。
1. 结构组成
量芯式空气流量计结构与翼片式流量传感器相似，如图2-17所示，主要由量芯、电位、进气温度传感器和线束插座等组成。检测部件是一个椭圆球形量芯，安装在进气道内并可沿进气道移动，即用量芯代替了翼片总成。电位计滑壁的一端与量芯连接，另一端设有滑动触点，量芯移动时，触点可在印刷电路板的镀膜电阻上滑动。
注意：量芯式空气流量计没有设置旁通进气道和怠速混合气调整螺钉，怠速时的混合气浓度由ECU根据氧传感器输入的信号进行调节。
2. 量芯式空气流量计的电路原理
量芯式空气流量计的测量原理与翼片式传感器相似，图2-18所示为量芯式空气流量计的电路原理图。
注意∶空气流量计的形式较多，拆装方法也不一样。
① 拆装时点火开关必须关闭；
②空气流量计一般不允许解体；
③拆卸时应尽量避免灰尘等脏物进入进气道。
(四)量芯式空气流量计
a)外形图 b)内部结构
图2-17 量芯式空气流量计的结构组成
(四)量芯式空气流量计
(四)量芯式空气流量计
图2-18 量芯式空气流量计电路原理
空气流量计的检测流程如图2-19所示。
图2-19 空气流量计的检测流程
(一) 叶片式空气流量计的检修规程及技术要求
图2-20所示为叶片式空气流量计插接器接口端子对照图。
图2-20叶片式空气流量计插接器接口端子对照图
THA一进气温度传感器信号 Ⅴs―空气流量计输出信号 Ⅴc一电脑输送给传感器的电压
ⅤB一电源电压 E2―传感器的搭铁线 Fc一燃油泵开关 E1一燃油泵开关搭铁
二、空气流量计的拆检流程及技术要求
1) 检测叶片式空气流量计电阻，操作方法如图2-21所示。
图2-21 检查叶片式空气流量计电阻
(一) 叶片式空气流量计的检修规程及技术要求
表⒉1 丰田皇冠2.8L型轿车叶片式空气流量计电阻标准值
1) 检测叶片式空气流量计电阻， 以丰田车系为例，其各端子检测参数应符合表2-1的要求。如不符合各车型对电阻的要求，则说明叶片式空气流量计工作不良，应予以维修或者更换。
2) 检查电源电压和信号电压，各端子检测电压应符合表2-2的要求。如果检查时其电压值不符合规定值，则应对空气流量计进行维修或更换。
(二) 热式空气流量计的检测流程及技术要求
热式空气流量计的检测方法与叶片式空气流量计的检测方法基本一致。
1. 热线式空气流量计的检测流程及技术要求
以日产千里马车型热线式空气流量计为例，其电路原理如图2-11所示，其检测过程如下：
1) 接通点火开关，当不起动发动机时，分别测量E与D、E与C端子之间电压，应均为电源电压12Ⅴ，否则说明电源线路或者搭铁线路有故障。
2) 测量B与C端子之间的信号电压，发动机不工作时应为2~4Ⅴ，发动机工作时应为1.0~1.5Ⅴ。
3) 发动机达到正常工作温度，转速超过1500r/min时，测量F与D端子之间的电压。关闭点火开关时，该电压应回零并在5s后又跳跃上升，1s后再回零，否则说明自洁信号不良。
(二) 热式空气流量计的检测流程及技术要求
2. 热膜式空气流量计的检测流程及技术要求
以奥迪M车型AEB发动机热膜式空气流量计为例，其检测过程如图2-22所示。
2-22 热膜式空气流量计的检测
1―搭铁 2―MAF信号 3―12Ⅴ电源 4―ECM
1) 电压检测。MAF信号电压(空气流量信号电压)：怠速时为1.1Ⅴ；发动机3000r/min时为1.9Ⅴ。
2) 故障诊断仪读取数据块。选择功能“读取测量数据块”(功能08)及显示组2，屏幕显示：
读取测量数据块2 1 2 3 4
3. 示波器测试波形
以别克轿车的空气流量计为例，其检测方法如下：
传感器有三个接线柱，A为信号(频率)线，B为搭铁线，C为电源12Ⅴ线。测量信号电压应为0~5Ⅴ的平均电压；示波器测试波形应为方波；频率信号随进气量增大而增怠速时频率信号为⒛00Hz，频率信号低于1200Hz电脑会记录故障。
4. 实验检测
热式空气流量计的检测还可以通过实验进行，其方法如图2-23所示。
(二) 热式空气流量计的检测流程及技术要求
图2-23 热式空气 流量计检测
(三)卡门涡旋式空气流量计的检测流程及技术要求
卡门涡旋式空气流量计的检测项目包括电阻检测和波形检测，下面以雷克萨斯LS400车型为例进行讲述。
1. 检测卡门涡旋式空气流量计电阻
如图2-24所示,将点火开关置于“OFF”位置,拔下空气流量计的导线插接器，用万用表电阻挡测量空气流量计上THA―E1之间电阻。该电阻值应符合表2-3的要求，否则应对空气流量计进行检修或更换。
2. 检测卡门涡旋式空气流量计端子电压
如图2-24所示，将点火开关转至“ON”位置，检测Ⅴc与E1之间,Ks与E1 之间的电压，其值应符合表2-3的要求，否则应对空气流量计进行检修或更换。
(三)卡门涡旋式空气流量计的检测流程及技术要求
图2-24 卡门涡旋式空气流量计电阻检测示意图
三涡旋式空气流量计的检测流程及技术要求
表2-3 丰田雷克萨斯LS400车型卡门涡旋式空气流量计各端子间的电阻/电压
3. 用示波器检测卡门涡旋式空气流量计的波形
波形上限应接近参考电压5Ⅴ，下限接近对地电压0Ⅴ；否则应对卡门涡旋式空气流量计进行检修或更换，如图2-25所示。
图2-25 卡门涡旋式空气流量计波形检测
卡门涡旋式空气流量计(急加速) 空气流量计高频数字输出(怠速)
故障现象：一辆桑塔纳2000轿车行驶里程为10万多km。该车在缓加速时发动机工作尚可，但在急加速时发动机严重抖动，并回火“放炮”。
故障检修：首先用修车王故障检测仪读取故障码，无故障码显示。观察数据流,除喷油
时间偏长(5.5ms)外，其余也正常。由于无故障码，数据流也正常，所以先从非电控部分着
手开始检查。先后检查了燃油管路、高压线、点火线圈、火花塞和配气机构等，并无异常。
拆下喷油器，发现有积炭附着在喷油器头部。将喷油器用超声波清洗机清洗过后，故障有所好转，但加速时还有回火“放炮”现象。这时再查数据流，发现喷油时间约为4.8ms，与标准值相比偏长。
从喷油时间来分析，影响因素很多，如发动机负荷、冷却液温度、空气流量、进气温度
及氧传感器反馈的信号等。于是先后测量了冷却液温度传感器和进气温度传感器的电阻值，
均正常。由于怠速状态下没有开空调，没有转动转向盘，全车用电器均处于关闭状态，所以不存在负荷增大的问题。氧传感器反馈给ECU的氧含量信号采样率为8次/10s,也正常。那会不会是空气流量计的问题呢？更换了空气流量计后试车，故障排除。
三、空气流量计典型故障案例分析
故障说明∶这是一起典型的空气流量计在检测空气流量过程中信号失准的故障。
由于ECU得到的空气流量信号数据与发动机在当时工作状态下的标准信号数据不一致，而这一变化后的数据又没有超出ECU内存中的数据，所以无故障码。同时由于ECU检测不到该空气流量计有故障，所以仍根据空气流量计所给出的错误信号来确定喷油持续时间，这必然会造成喷油持续时间不正常。不过，由于氧传感器的反馈信号修正了喷油器喷油持续时间，所以发动机在转速变化的速率不大时，该故障现象不明显，因为它会在平均每10s时间内反馈给ECU8~10次氧含量信号，使得发动机在这一情况下还可以勉强工作；但当转速变化的速率加大时，由于氧传感器给ECU的氧含量信号采样率远远没有发动机转速的变化来得快，这时也就修正不了喷油持续时间，所以造成在发动机急加速时回火“放炮”。
三、空气流量计典型故障案例分析
谢
谢
聆
听

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