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1、第2章汽油机电控系统传感器的构造与检测,2.1 空气流量计,空气流量计安装在发动机进气管前端的空气滤清器后面（见图2.1），其作用是测定吸入发动机的空气量，为发动机ECU计算和控制喷油量提供重要依据。,目前应用在电控汽油发动机上的空气流量计有多种形式，常见的有热线式、叶片式、涡流式等。,图2.1 空气流量计的安装位置,1空气滤清器 2空气流量计 3节气门 4动力腔 5进气歧管,2.1.1 热线式空气流量计,热线式空气流量计是目前轿车发动机上应用最多的空气流量计，按照其热线的类型又分为3种，即热丝式、热膜式、热阻式。,1热丝式空气流量计,热丝式空气流量计是应用在早期一些发动机上的热线式空气流量计
2、。 这种空气流量计在进气道中套有一个小喉管，在小喉管中架有两个由极细的铂丝（直径为0.010.05mm），如图2.2所示。,图2.2 热丝式空气流量计 1热线 2冷线,其中一个铂丝被电流加热至120左右，故称之为热线；另一个是温度补偿电阻，也称为冷线。,在热线式空气流量计电路中，热线是惠斯登桥形电路的1个桥臂见图2.3（a）。 当空气通过流量计时，进入小喉管的气流流过热线周围，使其温度下降，电阻随之减小，电桥失去平衡。,此时比较放大器会使流过热线的电流增大，使其温度升高、电阻增大，直至电桥达到新的平衡。 所增加的电流取决通过流量计的空气流速。,由于电流的增加，电阻C的电压降也增加，这就将电流的
3、变化转换为电压的变化，以此作为该传感器的输出信号。 这一信号输入ECU，用来指示通过流量计的空气量见图2.3（b）。,图2.3 热线式空气流量计工作原理 1比较放大器 2冷线电阻 3电源转换器 4铂热线,温度补偿电阻的作用是防止因进气温度变化而影响进气量的测量精度。 在工作中，热线温度始终高于冷线温度100。,热线式空气流量计的优点是测量精度高、响应速度快、进气阻力小、不会磨损。 其缺点是使用一段时间后，热线表面受空气中尘埃的玷污，热辐射能力降低，影响测量精度。,2热膜式空气流量计,热膜式空气流量计的测量原理和热丝式空气流量计基本相同。 它是将加热丝印刷在一块线路板上，并将线路板固定在空气通道
4、中间，以代替热丝式空气流量计中的铂丝（见图2.4），由于热丝被固定且受到保护膜的保护，寿命和可靠性都大大提高。,图2.4 热膜式空气流量计 1热膜,3热阻式空气流量计,热阻式空气流量计和热膜式空气流量计相似，它将加热丝绕成线圈形式固定在石英玻璃管内或暴露在空气通道内（见图2.5）。,图2.5 热阻式空气流量计 1热线电阻 2冷线电阻,热膜式和热阻式空气流量计的特点和热丝式空气流量计相同，而且可靠、耐用，是目前轿车发动机上使用最多的空气流量计。,4热线式空气流量计的控制电路,图2.6所示为热膜式空气流量计的控制电路简图。 热线式空气流量计至少有3个接线端子，分别是电源、进气量信号和空气流量计搭铁
5、。,图2.6 热膜式空气流量计的控制电路,12V的工作电源通常来自EFI主继电器。 进气量信号是一个大于0V、小于5V的电压，并随着进气量的增大而增大（见图2.7）。,图2.7 热膜式空气流量计的进气量信号电压,空气流量计的搭铁线通常先接入ECM，再由ECM的搭铁端子搭铁，以保证搭铁电路的可靠性。,有些热线式空气流量计中还设置有一个进气温度传感器因此其接线端子有5个，除了上述3个接线端子外，还有进气温度传感器的信号线和进气温度传感器的搭铁线。,2.1.2 叶片式空气流量计,1叶片式空气流量计的结构与工作原理 叶片式空气流量计在进气通道内有可绕轴摆动的、呈直角型的叶片（见图2.8）。 进气气流推
6、动使其开启。,图2.8 叶片式空气流量计 1滑动触点 2电位计 3进气温度传感器 4回位弹簧 5缓冲板 6怠速混合气调节螺钉 7旁通空气道 8计量板,叶片开启角度的大小取决于进气气流的推力。 进气量越大，开启角度也就越大。 叶片轴上电位器把开启角度的变化转换为电阻的变化。 ECU根据电位器电压的变化，测得发动机的进气量。,在旁通空气道上还设置有一个调节螺钉。 用这个螺钉可以调整怠速时旁通空气量的大小，从而调整怠速混合气的浓度（见图2.9）。,图2.9 怠速混合气调节螺钉,2叶片式空气流量计的控制电路,图2.10所示为叶片式空气流量计的电路简图。 叶片式空气流量计通常有6个接线端子，分别是来自E
7、CM的5V基准电压（VC）、进 气量信号（VS）、搭铁（E2）、接电动汽油 泵（FC）、电动汽油泵开关搭铁端（E1）和 进气温度传感器信号（IAT）。,图2.10 叶片式空气流量计电路,早期的叶片式空气流量计内通常还 设有一个电动汽油泵开关。 当发动机发动机熄火后，叶片关闭，电动汽油泵开关断开。 此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。,图2.11 叶片式空气流量计的进气量信号电压,2.1.3 涡流式空气流量计,1涡流式空气流量计的结构与工作原理 涡流式空气流量计是利用卡尔曼涡流理论来测量空气流量的。 在涡流式空气流量计进气道的正中间有一个流线形或三角形立柱。,当空气流经这个立柱时
8、，在立柱后方的气流中会产生一列不对称却十分规则的空气漩涡即卡尔曼涡流，见图2.12（a）。 根据卡尔曼涡流理论，在单位时间内通过立柱后方某点的漩涡数量与空气流速成正比，即通过测量单位时间内漩涡的数量就可计算出空气流速和流量。,图2.12 涡流式空气流量计 1整流网 2立柱 3超声波发生器 4漩涡 5超声波接收器 6至进气管,测量单位时间内漩涡数量的方法有两种。 一种是在涡流式空气流量计的后半部的两侧设置一对超声波发生器和接收器（见图2.12）。,在发动机运转时，超声波发生器不断地向接收器发出一定频率的超声波。 当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受到气流中漩涡的影响，超声波频率的相位发生变化
9、。,接收器测出这一相位的变化，ECU根据相位变化的频率计算出单位时间内产生漩涡的数量，从而计算出空气流速和流量。,另一种方法是在流量计内设置一对发光二极管和光敏三极管（见图2.13）。 发光二极管发出的光束被一个反射镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。,图2.13 光电测量式测量装置 1立柱 2导压孔 3反射镜 4发光二级管 5光敏晶体管,反射镜安装在一个很薄的金属簧片上，簧片在进气气流漩涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的漩涡数量相同。 由于反射镜随簧片一同振动，因此被反射的光束方向也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束的变化以同样的频率导通和截止。,这一频率直接反映
10、出单位时间内漩涡产生的数量，ECU根据光敏三极管导通和截止的频率即可计算出进气量（见图2.14）。,图2.14 涡流式空气流量计的进气量信号,2涡流式空气流量计的控制电路,图2.15所示为采用光电测量的涡流式空气流量计的控制电路。 涡流式空气流量计至少有如下3个接线端子。,图2.15 采用光电测量的涡流式空气流量计的控制电路, 电源,即涡流式空气流量计的工作电源。 采用光电测量的涡流式空气流量计通常使用ECM提供的5V电压作为工作电源；采用超声波测量的涡流式空气流量计则使用蓄电池提供的12V电压作为工作电源。, 进气量信号,涡流式空气流量计的进气量信号是一种脉冲电信号，采用超声波测量的涡流式空
11、气流量计的进气量信号是一种频率在超声波范围的高频信号，采用光电测量的涡流式空气流量计的进气量信号是一种低频脉冲信号（见图2.14）。, 空气流量计搭铁,接至ECM，再由ECM的搭铁端子搭铁。,涡流式空气流量计中通常还设置有进气温度传感器，其接线端子还应包括进气温度传感器的信号线和搭铁线。,2.1.4 空气流量计的检测,1空气流量计的外观检查 空气流量计的进气道内如有杂物堵塞或有油污，将会影响进气量的检测，造成发动机动力性下降，但不会产生故障码。,因此，在进行外观检查时，应检查空气流量计线束插头是否连接良好，牢固可靠。 检查空气流量计进气道内有无杂物堵塞，有无油污或积炭应进行清洁。,2空气流量计
12、的控制电路检测,其测量方法如下。 （1）关闭点火开关，拔下空气流量计的线束插头。 （2）打开点火开关，用数字万用表分别测量空气流量计线束插头各端子。, 测量空气流量计电源端子（见图2.16中+B），应为12V蓄电池电压。如电压与蓄电池电压不符，说明有故障，应进一步检测电源线路。, 测量空气流量计搭铁端子（见图2.16中E2G）和进气温度传感器搭铁端子（见图2.16中E2），其与蓄电池负极间的电阻应为0。如有异常，应检修搭铁线路。, 测量进气温度传感器信号端子（见图2.16中THA）的电压，应为5V。如有异常，应检测该端子与ECM之间的连接线路是否正常，ECM有无故障。, 对照电路图，测量VG端
13、子（进气量信号）与ECM相应端子间的连接线路，应无异常。,图2.16 热线式空气流量计的检测,3空气流量计的工作性能检测,由于空气流量计都要在有电源的条件下才能工作，因此可以在发动机运转的过程中检测，也可以拆下后根据接线端子的分布，接好工作电源和搭铁后进行检测。, 关闭点火开关，拔下空气流量计的线束插头，拆下空气流量计。, 将蓄电池正负极分别接至流量计插座内的+B和E2G两个端子上（注意电源极性应正确），然后用万用表测量插座内VG和E2G两端之间的电压。正常时电压应为1.0V左右。, 将空气吹入空气流量计进口，同时测量VG和E2G两端之间的电压。在吹入空气时该电压应上升至24V。若测量结果不符
14、合标准，说明空气流量计有故障，应更换。,图2.17 空气流量计进气量信号检测,涡流式空气流量计的输出信号必须用示波器检测。 将示波器和涡流式空气流量计线束中的信号输出线连接。 起动发动机。, 逐渐踩下加速踏板，让发动机在不同转速下稳定运转，同时观察示波器上的信号波形。涡流式空气流量计的正常波形信号为一矩形脉冲信号（见图2.14），且脉冲信号的频率随发动机转速的增高而成比例地增加。,如果在发动机稳定运转工况下，信号频率出现不稳定现象或有间断性变化（见图2.18），说明空气流量计有故障。,图2.18 有故障的涡流式空气流量计 输出脉冲信号波形,2.2 进气管压力传感器,2.2.1 进气管压力传感器
15、的结构与工作原理 进气管压力传感器测量节气门之后的进气管真空度，再根据发动机转速和节气门开度，由ECM通过计算确定发动机的进气量。,这种用进气管压力传感器测量进气量的方式称为间接测量式。 目前应用在发动机上的主要是应变仪式进气管压力传感器（见图2.19）。,图2.19 进气管压力传感器 1真空室 2硅晶片 3滤芯,进气管压力传感器通常安装在发动机周围的车架上，通过一条真空软管与节气门之后的进气管或进气歧管连接。,应变仪式进气管压力传感器的主要元件是一个很薄的硅晶片，硅晶片上有一层二氧化硅膜，在膜层中分布着4个传感电阻见图2.20（a）。 硅片装在一个密封真空室内，硅片下方通过一根橡胶管和进气管
16、相通，使进气管压力作用在硅晶片下方。,硅晶片上的4个电阻连接成电桥的形式见图2.20（b）。 当进气管压力增加时，硅晶片弯曲，引起电阻值的变化，电桥失去平衡，形成电位差，经差动放大器A放大后，输出正比于压力的电压信号。,图2.20 进气管压力传感器工作原理,2.2.2 进气管压力传感器的控制电路,图2.21（a）所示为进气管压力传感器的控制电路。 进气管压力传感器有3个接线端子，分别是电源、进气歧管压力信号和搭铁。,进气管压力传感器的电源线接至ECM，由ECM为其提供5V基准电压作为工作电源。 进气歧管压力信号是一个大于0V、小于5V的电压，并随着进气歧管绝对压力值的增大而增大见图2.21（b）。 搭铁线通常先接入ECM，再由ECM的搭铁端子搭铁。,图2.21 进气管压力传感器控制电路及信号电压,2.2.3 进气管压力传感器的检测,2进气管压力传感器控制电路的检测 其测量方法如下。 （1）关闭点火开关，拔下进气管压力传感器的线
