汽车空气流量传感器

第二章空气流量传感器的结构、原理与检测汽车传感器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。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。三、EFI采用的空气流量计类型翼片式空气流量计体积流量型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。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例：别克轿车电子控制汽油喷射系统歧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（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，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，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α与进气量成正比。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VBE2VCUSVSUB3.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。（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。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ECU1.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ECU1）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，检测电源、有关端子的电压值和线路的导通。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—0.60VS—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—20.000°C4.00—7.004.00—7.00＋20°C2.00—3.002.00—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，目前许多车型仍采用翼片式空气流量传感器。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流体涡流效应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，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。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器导压孔光敏晶体管进气流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。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不同排量的发动机的流量检测要求。超声波接收电路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。涡流频率信号输入ECU后，ECU就可计算出进气量。2.传感器工作原理超声波检测涡流式空气流量传感器•构造•超声波检测涡流式空气流量传感器原理电路•超声波通过卡尔曼涡旋后的加、减速情况（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。•丰田轿车光电检测涡流式空气流量传感器•静态检测•动态检测•三菱轿车超声波涡流式空气流量传感器检测方法如下:①打开点火开关，测量传感器1号端子与搭铁间电压，应为5V。②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。③关闭点火开关，测量传感器的4号端子与搭铁间电阻应为0Ω。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。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。防护网空气流白金热线取样管温度补偿电阻控制电路板连接器主流测量方式的热线式空气流量传感器1.结构主要组成部件如图所示为主流测量方式传感器的结构组成。取样管安装在主进气道中央，取样管安装有一根直径为70m的铂金丝，两端有金属防护网固定在壳体上。控制线路板上有六端子插座与ECU连接，用于输入信号。旁通测量方式的热线式空气流量传感器旁通测量方式热线式空气流量传感器与主流测量方式热线式空气流量传感器的主要区别是，它把铂金热线和补偿电阻(冷线)安装在旁通空气道上。热线和温度补偿电阻用铂线缠绕在陶瓷螺旋管上。控制电路板热线冷线陶瓷螺旋管热线和冷线旁通空气道主空气道流向节气门2.传感器工作原理则要增加流过电阻RH的电流，恢复RH的温度和电阻值，加热电流通过密电阻RA两端的电压UO相应增加。该电压的大小与流过电阻RH空气质量流量成正比。UO输送ECU确定空气质量流量，温度补偿电阻RK用来消除进气温度的变化对空气流量测量结果的影响。控制电路将RH与RK之间的温差保持不变，该温差一般为100℃。RHARKRBRAUO热线