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1、第二章 空气流量传感器的结构 原理与检测 汽车传感器 1 第一节 概 述 空气流量传感器 AFS 又称为空气流量计 AFM 是进 气歧管质量型空气流量传感器 MAFS 的简称 一 功用 检测发动机进气量的大小 并将进气量信息变换成电信 号输入ECU 进气量信号是ECU计算喷油时间和点火时间的 主要依据 二 空气供给系统的类型 汽车燃油喷射系统 EFI 根据空气供给系统的计量方式 EFI系统可分为 L型EFI 系统 D型EFI 系统 2 通过空气流量计检测进入发动机空气质量 汽车采用的L型传感器分为体积流量型传感器和质量流 量型传感器 喷油器 进气岐管 稳压室 空气流量 传感器 空气滤清器 怠速
2、 空气阀 节气门体 质量流量或体积流量方式 1 L型EFI 系统 L型传感器采用直接测量方式 所以进气量的测量精度 较高 控制效果优于D型燃油喷射系统 3 通过进气歧管绝对压力传感器检测进气歧管内的绝对 压力从而间接测量进气量 D型EFI系统利用进气歧管绝对压力和发动机转速来 计算吸入气缸的空气量 又称为速度 密度型EFI系统 喷油器 进气岐管 压力传感器 空气滤清器 怠速空气阀 进气岐管 稳压室 节气门体 速度 密度方式 2 D型EFI 系统 由于空气在进气歧管内流动时会产生压力波动 D型 燃油喷射系统的测量精度不高 但控制系统的成本较低 4 三 EFI 采用的空气流量计类型 翼片式空气流量
3、计 体积流量型 卡门涡流式空气流量计 体积流量型 热线式空气流量计 质量流量型 热膜式空气流量计 质量流量型 量芯式空气流量计 体积流量型 空气流量传 感器安装在空气 滤清器与进气软 管之间 5 空气 滤清器 进气管前段 进气管后段 空气 流量计 节气门体 空气流量传感器的安装位置 6 例 桑塔纳2000轿车发动机汽油喷射系统 油箱 汽油泵 燃 油 滤清器 压力调节器 电控单元 ECU 冷起动阀 节气门 开关 节气门辅助空气阀 油压调节器 喷油器 燃 油 分配器 空气温度 传感器 氧传感器 曲轴转角 传感器 转速传感器 空气流量 传感器 水 温 传感器 7 例 别克轿车电子控制汽油喷射系统 歧
4、管压力传感器 进气温度传感器 节气门位置传感器 水温传感器 发动机转速传感器 曲轴转角传感器 8 9 10 11 第二节 翼片式空气流量传感器和卡尔曼 涡流式空气流量传感器 一 翼片式空气流量传感器 12 一 翼片式空气流量传感器结构 原理 翼片式空气流量传感器又称为叶片式 动片式 风门式 量板式空气流量传感器 电位计 空气旁通通道 进气岐管侧 缓冲室 复位弹簧 进气温度传感器 接线插头 缓冲翼片 测量翼片 空气滤清器侧 CO调整螺钉 13 测量翼片 缓冲翼片 1 结构主要组成部件 1 检测部件 由测量叶片和缓冲叶片组成 翼片总成固定在电位计转 轴上 测量翼片在主进气道内随空气流量的变化而偏转
5、 缓 冲翼片与缓冲室起到阻尼作用 当发动机吸入的空气量急剧 变化时 使翼片转动平稳 减小翼片脉动 进气岐管侧 空气滤清器侧 缓冲室 14 安装在传感器壳体上部 由带平衡配重的滑臂和印制电 路板上的镀膜电阻组成 滑臂与翼片固定在同一转轴上并一 起转动 电位计内设有片状螺旋形复位弹簧 调节齿圈 2 电位计 平衡配重 燃油泵开关 复位弹簧 调节齿圈 电位计 印制电路板 1 平衡配重 起到平衡作 用 使滑臂平稳 偏摆 有刻度标记 调整复位弹簧 的预紧力 从而 调整传感器的输 出特性 2 调节齿圈 15 控制电动燃油泵 发动机运转时翼片稍微偏转 其触点 闭合 接通泵油 当发动机熄火后翼片关闭 触点顶开
6、燃 油泵停止转动 在汽车发生事故而油管破裂时 可以防止燃 油泵继续泵油导致燃油外溢而发生火灾 4 接线插座 1 燃油泵开关 3 其他部件 2 CO调整螺钉 旁通进气道上设有改变旁通进气量的CO 一氧化碳 调整 螺钉 用来调节发动机怠速时CO排放量 安装在主进气道的进气口上 电阻两端的引线分别与接 线插座上的搭铁端子E2和温度信号输出端子THA连接 3 进气温度传感器 16 空气 滤清器侧 进气 岐管侧 测量翼片 空气流过传感器主进气 道时 翼片受到气流压力产 生的推力矩和复位弹簧力矩 的作用 翼片偏转直到弹簧 力矩与推力力矩平衡为止 翼片受到的推力力矩与 空气流量成正比 翼片偏转 角度 与进气
7、量成正比 电位计滑臂和翼片均固 定在同一转轴上 电位计滑 臂与翼片同时偏转 端子Vc 与Vs之间输出电压Us随进气 量变化 利用力矩平衡原理和电位计原理 2 传感器工作原理 VB E2 VC US VS UB 17 3 传感器电路 燃油泵 控制触点可变电阻热敏电阻固定电阻 搭 铁 搭 铁 油 泵 电 机 电 源 ECU 热敏电阻 进气温度传感器 由NTC热敏电阻套 装在塑料壳体内构 成 安装在主进气 道的进气口上 电 阻两端的引线分别 与接线插座上的搭 铁端子E2和温度信 号输出端子THA连 接 18 二 翼片式空气流量传感器检测 翼片式空气流量传感器检测方法有开路检测和在路检测 两种 以后其
8、他章节的传感器检测 开路检测 在传感器与传感器电路不连接的情况下 对传感 器内部状况进行检测 一般通过检测有关端子间 的电阻值或通断情况进行判断 在路检测 传感器在工作状态时 通过检测传感器有关端子 的电压 信号波形和电路导通情况等 对传感器 ECU及连接导线进行综合检测 19 缓冲室 复位弹簧 缓冲翼片 测量翼片 进气温度 传感器 空气流 ECU 20 1 开路检测燃油泵 控制触点可变电阻热敏电阻固定电阻 搭 铁 搭 铁 油 泵 电 机 电 源 ECU 1 检测有关端子间的 电阻值或通断 2 通过加温检测热敏 电阻的阻值变化 点火开关断开 拔 下传感器的配线连接器 2 在路检测 点火开关接通
9、 检 测电源 有关端子的电 压值和线路的导通 21 名称测量 端子 测量条件 电阻值 k 备注 5M E发动机2TZ FE发动机 燃油泵 触点 FC E1 翼片完全关闭 任何 温度翼片任何开度00 空气 流量 传感器 VB E220 C0 20 0 40 VC E220 C0 10 0 300 20 0 60 VS E2 翼片完全关闭0 02 0 100 10 0 3020 C 翼片任何开度0 02 1 000 10 0 3020 C 进气 温度 传感器 THA E2 20 C10 00 20 0010 00 20 00 0 C4 00 7 004 00 7 00 20 C2 00 3 002
10、 00 3 00 40 C0 90 1 300 90 1 30 丰田汽车翼式空气流量传感器各端子之间的电阻值 22 众所周知 空气的质量与其温度和大气压力有关 温度 越低或大气压力越高 空气密度越大 空气质量就越大 反 之 温度越高或大气压力越低 空气质量就越小 翼片式流量传感器检测的是进气气流的体积流量 当进 气温度或大气压力发生变化时 相同体积的空气质量就会发 生变化 为了避免环境温度和大气压力变化给流量检测带来的误 差 所有检测体积流量的空气流量传感器都采用了进气温度 传感器和大气压力传感器进行修正 翼片式空气流量传感器已经持续生产使用多年 它具有 结构简单 价格便宜 可靠性高等优点 目
11、前许多车型仍采 用翼片式空气流量传感器 23 二 卡尔曼涡流式空气流量传感器 一 卡尔曼涡流式空气流量传感器结构 原理 发光二极管 板弹簧 反光镜 光敏 晶体管 导压孔 涡流 发生器 光电检测涡流式空气流量传感器 24 流体涡流效应 25 1 结构主要组成部件 1 蜂窝状整流网栅 使进气在涡流发生器之前形成比较稳定 的气流 在传感器气流入口处 2 涡流发生器 周期性地产生稳定的卡尔曼涡流 在涡流发 生器上设有一个稳流槽和两个导压孔 5 发光二极管 LED 发出光束 设置在镜面上部 6 光敏晶体管 接受反光镜的反射发光束 变换成电信号 3 反光镜 反射发光二极管的光 用反光能力强的金属箔片 制成
12、 并用细薄的 张紧带张紧在导压腔的外表面上 4 板簧片 给张紧带施加适当的预紧力 防止张紧带和反光 镜振幅过大而损坏 设在导压腔内 并紧贴张紧带 7 集成信号处理电 路将频率信号变换成方波信号后 再输 入到ECU进行运算处理 26 2 传感器工作原理 当气流流过涡流发生器时 其后部就会产生涡流 涡流 引起发生器后部压力变化 进气量越大 涡流频率越高 压 力变化频率就越高 变化的压力经 导压孔引向金属膜 反光镜使其产生振 动 其振动频率与 涡流频率相等 反 光镜将发光二极管 的光束反射到光敏 晶体管上 通过光 敏晶体管检测涡流 频率 该频率信号 输入到ECU 反光镜 发光二极管 板弹簧 涡流发生
13、器 导压孔 光敏晶体管 进气流 27 28 29 信号处理电路将频率信号输入ECU之后 ECU便可计算 出进气流量的大小 丰田皇冠3 0型轿车上实测光电检测涡 流式空气流量传感器的输出信号周期值 见表2 4 可见 发 动机转速越高 吸人气缸的进气量越大 产生涡流的频率就 越高 30 超声波检测涡流式空气流量传感器 涡流发生器 涡流稳定板 超声波 发生器 超声波 接收器 与涡流数对应的疏密超声波 整型后的方波 卡尔曼涡流 超声波发生电路 来自空气 滤清器 流向 发动机 空气旁通通道 ECU 涡流发生器设在主空气道上 设置旁通空气道的目的是为 了调节主空气道的流量 可使用同一规格的流量传感器来满足
14、 不同排量的发动机的流量检测要求 超声波接收电路 31 1 结构主要组成部件 主要由涡流发生器 超声波发生器 超声波接收器 集 成控制电路 进气温度传感器和大气压力传感器等组成 在 主空气道的内壁上 粘贴有吸声材料 防止超声波出现不规 则反射现象而影响正常检测 1 超声波发生器 用于产生和发射超声波信号 2 超声波接收器 用于接收超声波信号 当40kHz频率超声波穿过进气气流到达超声波接收器 时 由于受到气流移动速度及压力变化的影响 因此从超 声波接收器接收到的超声波信号的相位 时间间隔 及相位 差 时间间隔之差 就会发生变化 控制电路根据相位或相 位差的变化情况就可计量出涡流频率 涡流频率信
15、号输入 ECU后 ECU就可计算出进气量 2 传感器工作原理 32 超声波检测涡流式空气流量传感器 构造 33 超声波检测涡流式空气流量传感器原理电路 34 超声波通过卡尔曼涡旋后的加 减速情况 35 36 二 涡流式空气流量传感器检测 1 开路检测 点火开关断开 拔下传感器的配线连接器 通过加 温检测热敏电阻温度传感器的阻值变化 2 在路检测 点火开关接通 检测电源 有关端子的电压值 信 号波形和线路的导通 由于两类涡流式空气流量传感器检测的均是进气的体积 流量 两类传感器均有进气温度传感器和大气压力传感器修 正流量检测带来误差 37 丰田轿车光电检测涡流式空气流量传感器 38 静态检测 动
16、态检测 39 三菱轿车超声波涡流式空气流量传感器 检测方法如下 打开点火开关 测量传感器1号端子与搭铁间电压 应为5V 启动发动机 使发动机转速到3000r min 这时再测量1号端子与 搭铁间电压 应为2 2 3 2V 关闭点火开关 测量传感器的4号端子与搭铁间电阻应为0 40 涡流式空气流量传感器的输出信号是与旋涡频率对应 的脉冲数字信号 其响应速度是几种空气流量传感器中最 快的一种 几乎能同步反映空气流速的变化 因此特别适 用于数字式计算机处理 涡流式空气流量传感器的优点 涡流式空气流量传感器还具有测量精度高 进气阻力 小 无磨损等优点 长期使用时 性能不会发生变化 其 缺点是制造成本较高 因此目前只有在少数中高档轿车中 采用 因为是检测体积流量 所以需要对空气温度和大气 压进行修正 如丰田凌志LS400型轿车 皇冠3 0型轿车 三菱吉 普车 长风猎豹吉普车和现代轿车采用 41 第三节 热线式和热膜式空气流量传感器 一 热线式和热膜式空气流量传感器结构 原理 一 热线式空气流量传感器 热线式空气流量传感器 按其铂金热线安装位置的不同 分为主流测量方式和旁通测量方式两种 42 防护
