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1、课题三 空气供给系统原理与检修 任务一 认识空气供给系统 任务二 空气供给系统主要传感器的原理与检 测 返回 任务一 认识空气供给系统 一、空气供给系统的基本组成 空气供给系统是电控汽油喷射系统中的重要组成部分，主要由空气滤 清器、空气流量计、节气门体、进气总管和进气歧管等组成，如图3- 1-1 所示。 空气供给系统向发动机提供与发动机工况相适应的清洁空气，同时检 测和控制流入发动机的空气量，使进入系统的空气量与喷油器喷出的 汽油形成符合最佳空燃比要求的混合气。可燃混合气的形成过程如图 3-1-2 所示。 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 电喷空气供给系统的主要工作原理是：发动机工作时，空
2、气经空气滤 清器滤去尘埃等杂质后，经空气流量计，沿发动机的节气门通道进入 动力腔，再经进气歧管分配到各缸中。ECU 根据空气流量计（L 型） 或进气歧管压力传感器(D 型)和转速传感器的信号确定空气流量，再 根据传感比要求即进气量就可以确定每一个循环的基本供油量，然后 根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比 等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。ECU 通过控制节气门的开度，依次改变进气量，控制发动机的运转。 1. 空气密度法 上一页 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 空气密度法也称直接检测法。这种方法直接利用空气流量传感器（ MAF）所提供的信号来代
3、表进气量，但由于该传感器无法检测进气压 力（海拔高度）的变化，因此还必须加装一个大气压力传感器（ BARO），以避免无法判断海拔高低的差异。目前BARO 多安装在 ECU 盒内。采用这种方法检测进气量的发动机称为L 型电控发动机， 如图3-1-3（a） 所示。 2. 速度密度法 速度密度法也称间接检测法。 上一页 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 由于空气的密度与压力大小成正比关系，因此该系统利用装在进气歧 管上的进气歧管绝对压力传感器（MAP）所提供的压力信号，再结合 进气温度（IAT）、发动机参数（CV）、估算的容积效率（VE）和 废气再循环量（EGR），采用速度密度公式计算出进入发动
4、机的空气 量，其中，发动机参数（CV）包括发动机转速信号（RPM）。采用 这种方法检测进气量的发动机称为D 型发动机，如图3-1-3（b）所示 。 二、空气供给系统主要部件的结构 1. 空气滤清器 空气滤清器是过滤并清除空气中的微粒杂质的装置。 上一页 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 活塞式机械装置（内燃机、往复压缩机等）工作时，如果吸入空气中 含有灰尘等杂质，将加剧零件的磨损，因此必须装有空气滤清器。空 气滤清器由滤芯和壳体两部分组成，如图3-1-4 所示。要求空气滤清 器的滤清效率高，流动阻力低，能较长时间连续使用而无须保养。 空气滤清器的型式有两种，即干式和湿式。目前，汽车发动机广
5、泛采 用纸质干式空气滤清器。干式空气滤清器是通过一个干式滤芯（如纸 滤芯），将空气中的杂质分离出来的滤清器。轻型车（含轿车、微型 车）所用的空气滤清器一般为单级，其滤芯形状有扁圆或椭圆及平板 式，如图3-1-5 所示。 上一页 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 。过滤材料为滤纸或非织造布。滤芯端盖有金属或聚氨酯的， 外壳材 料为金属或塑料。在额定空气体积流量下，滤芯的原始滤清效率应不 低于99.5%。发动机工作时，空气由滤清器盖与外壳之间的空隙进入 ，经过滤芯滤清后，经接管流向气缸。空气滤清器在车上的位置如图 3-1-6 所示。 2. 节气门体 节气门体是控制空气进入发动机的一道可控阀门，
6、气体进入进气管后 会与汽油混合形成可燃混合气，从而燃烧做功。节气门体上接空气滤 清器，下接发动机缸体，被称为汽车发动机的咽喉。节气门体有传统 拉线式节气门体和电子节气门体两种，如图3-1-7 所示。 上一页 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 传统发动机节气门体的操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一 端连接油门踏板， 另一端连接节气门体连动板而工作的。电子节气门 体主要通过节气门体位置传感器，根据发动机所需能量控制节气门体 的开启角度，从而调节进气量的大小。节气门体在汽车上的安装位置 如图3-1-8 所示。 3. 进气管 进气管一般包括进气软管、进气总管和进气歧管。进气软管用于连接 空气
7、滤清器与节气门体，进气总管用于连接节气门体与进气歧管。有 些发动机的进气总管与进气歧管制成一体，有些则是分开制造再用螺 栓连接。典型的进气管如图3-1-9 所示。 上一页 下一页返回 任务一 认识空气供给系统 进气歧管指的是化油器或节气门体之后到气缸盖进气道之前的进气管 路，其功用是将空气、燃油混合气由化油器或节气门体分配到各缸的 进气道。对于进气道燃油喷射式发动机或柴油机，进气歧管只是将洁 净的空气分配到各缸进气道。进气歧管必须将空气、燃油混合气或洁 净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长 度应尽可能相等。为了减小气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管 的内壁应该光滑。
8、上一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 一、空气流量传感器 空气流量传感器安装在空气滤清器和节气门之间的进气道上，如图3- 2-1 所示，这样吸入气缸的空气完全通过传感器。常见空气流量传感 器的类型如图3-2-2 所示。 二、卡门涡流式空气流量计 卡门涡流是一种物理现象，涡流的测量精度由空气通道面积与涡流发 生器的尺寸决定， 与检测方法无关。涡流式传感器的输出信号是与涡 流频率对应的脉冲数字信号，其响应速度是几种空气流量传感器中最 快的，几乎能同步反映空气流速的变化，因此特别适合用于数字式计 算机处理中。 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 1. 光学式
9、卡门涡流传感器 （1）光学式卡门涡流传感器的结构。如图3-2-3 所示，光学式卡门涡 流传感器包括涡流发生器、光电管（发光二极管和光敏晶体管）组件 、反光镜。 （2）光学式卡门涡流传感器的工作原理，如图3-2-4 所示。当空气流 经进气道时， 会在涡流发生器的后部产生有规律的卡门涡流，从而导 致涡流发生器周围的空气压力发生变化，变化的压力经导压孔引向金 属膜制成的反光镜，使反光镜产生振动，其振动频率与涡流发生的频 率相等，而涡流发生的频率与空气流速（发动机负荷）成正比； 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 反光镜再将发光二极管投射的光反射给光敏晶体管，通过光敏晶体
10、管 检测涡流发生的频率，并向ECU 输送0 或5 V 交替变化的方波信号， ECU 则根据此信号确定发动机的进气量。 （3）光学式卡门涡流传感器的信号特征。5 V 方波信号的频率变化 与进气量成正比， 进气量多则信号频率高；反之，进气量少则信号频 率低。 （4）光学式卡门涡流传感器的检测方法。光学式卡门涡流传感器产 生5 V 方波信号， 信号频率随进气量的增加而成正比变化。 2. 超声波卡门涡流传感器 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 日本三菱公司率先采用超声波卡门涡流传感器，并安装在多款车上。 中国长丰猎豹吉普车和韩国现代轿车也采用了超声波卡门涡流传感器 。所
11、谓超声波，是指频率高于20 Hz， 人耳听不到的机械波，其方向 性好，穿透力强，遇到杂质或物体分界面会产生显著的反射。利用这 些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成 电量。 （1）超声波卡门涡流传感器的结构与工作原理。在三角涡流产生柱 上游侧壁上装有超声波发生器，它可以发射固定频率的超声波；在发 射器的对面则装有超声波接收器，如图3-2-5 所示。 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 在卡门涡流发射器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头 。在没有卡门涡流的情况下，接收到的超声波为稳定的信号。有卡门 涡流发生时，超声波在气流中的传播受到
12、卡门涡流的影响，使接收到 的超声波成为一个个与涡流数对应的脉冲信号， 其频率等于卡门涡流 释放的频率，反映了气流速度。此脉冲信号经转换模块转换成矩形脉 冲数字信号，计算机对这个矩形脉冲计数，便可得知空气流量。 （2）超声波卡门涡流传感器的检测方法。可以看出，无论光学检测 式还是超声波检测式的卡门涡流空气流量计，其输出信号都是方波信 号，其信号频率随进气量的增加而增加，直观检测方法就是用示波器 或能检测频率的数字万用表进行测试。 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 三、热线式空气流量计 1. 热线式空气流量计的类型 根据白金热线在壳体内安装的位置不同，可分为主流测量
13、方式和旁通 测量方式两种结构形式的热线式空气流量计，分别如图3-2-6 和图3-2 -7 所示。通常大排量的发动机采用主流测量方式，小排量的发动机则 采用旁通测量方式。 2. 热线式空气流量计的基本构成 感知空气流量的铂金热线电阻，属于正温度系数电阻。在铂金热线旁 边的是温度补偿电阻（冷线），属于负温度系数电阻，负责检测进气 温度并对加热电流进行调整。 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 另外， 还有控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及空气流量 计的壳体，如图3-2-8 所示。 3. 热线式空气流量计的基本工作原理 对于主流测量方式来讲，有一取样管置于主空气
14、通道中央，直径70 m 的铂金热线布置在取样管支承环内，其阻值随温度变化，是单臂 电桥电路的一个臂RH（见图3-2-9）。热线支承环前端为温度补偿电 阻，是单臂电桥电路的另一个臂RK。热线支承环后端的塑料护套上粘 接着一只精密电阻，此电阻能用激光修整，也是单臂单桥的一个臂RB ，该电阻上的电压即热线式空气流量计的输出电压信号。 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 单臂单桥还有一个臂RA 的电阻器装在控制线路板上面，该电阻器在 最后调试实验中用激光修整，以便在预定的空气流量下调整空气流量 的输出特性。 旁通测量方式的热线式空气流量计与主流测量方式的不同点是：白金 热
15、线和温度补偿电阻是用铂线缠绕在线管上制成的。热线式空气流量 计的热线因长时间暴露在空气中，会造成空气中的杂质依附在热线上 ，需增加一自洁功能。当点火开关从ON 到OFF 位置时， ECU 会给 空气流量计一个自洁信号，使热线瞬间温度升高到1 000 ，将依附 在热线上的杂质烧掉。 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 因旁通热线式空气流量计上的白金热线缠绕在陶瓷绕线管中，并没有 暴露在空气中，因此无须自洁功能。传感器壳体两端设置有与进气道 相连接的圆形插接接头，空气入口和出口都设有防止传感器受到机械 损伤的防护网。传感器的入口与空气滤清器一端的进气管相连，出口 与节
16、气门体的一端相连。 热线式空气流量计的电子控制线路板包括电桥平衡电路、自洁电路和 怠速混合气调节电位器，电子装置的大多数元件（RH、RK 和RA）都 安装在这块集成电路板上。其上一般设置六端子插头与发动机微机控 制装置相连接，用以传递信息，如图3-2-10 所示。 上一页 下一页返回 任务二 空气供给系统主要传感器的原 理与检测 四、热膜式空气流量计 热膜式空气流量计是热线式空气流量计的改进产品，其不同点是热线 式的发热电阻为白金铂丝，而热膜式采用的发热体是热膜（由发热金 属铂固定在薄的树脂膜上制成），而不是热线。热膜式空气流量计的 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， 提高了流量计的可靠性。 在热膜电阻附近设有温度补偿电阻，温度补偿电阻和热膜电阻组成电 桥控制电路，控制原理与热线式空气流量计相同。 与热线式空气流量计相比，热膜电阻的电阻值较大，所以消耗电流较 小，
