1、第二章 空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)、 原理與檢測,汽車傳感器,第一節(jié) 概 述,空氣流量傳感器(AFS)又稱為空氣流量計(AFM)，是進(jìn)氣歧管質(zhì)量型空氣流量傳感器(MAFS)的簡稱。,一、功用,檢測發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的大小，并將進(jìn)氣量信息變換成電信號輸入ECU。進(jìn)氣量信號是ECU計算噴油時間和點(diǎn)火時間的主要依據(jù)。,二、空氣供給系統(tǒng)的類型,汽車燃油噴射系統(tǒng)(EFI)根據(jù)空氣供給系統(tǒng)的計量方式，EFI系統(tǒng)可分為: L型EFI 系統(tǒng) D型EFI 系統(tǒng),通過空氣流量計檢測進(jìn)入發(fā)動機(jī)空氣質(zhì)量。 汽車采用的L型傳感器分為體積流量型傳感器和質(zhì)量流量型傳感器。,噴油器,進(jìn)氣岐管 穩(wěn)壓室,空氣流量 傳感器,空氣濾清器,怠速

2、空氣閥,節(jié)氣門體,質(zhì)量流量或體積流量方式,(1) L型EFI 系統(tǒng),L型傳感器采用直接測量方式，所以進(jìn)氣量的測量精度較高，控制效果優(yōu)于D型燃油噴射系統(tǒng)。,通過進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器檢測進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對壓力從而間接測量進(jìn)氣量。 D型EFI系統(tǒng)利用進(jìn)氣歧管絕對壓力和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來計算吸入氣缸的空氣量，又稱為速度密度型EFI系統(tǒng)。,噴油器,進(jìn)氣岐管 壓力傳感器,空氣濾清器,怠速空氣閥,進(jìn)氣岐管 穩(wěn)壓室,節(jié)氣門體,速度密度方式,(2) D型EFI 系統(tǒng),由于空氣在進(jìn)氣歧管內(nèi)流動時會產(chǎn)生壓力波動，D型燃油噴射系統(tǒng)的測量精度不高，但控制系統(tǒng)的成本較低。,三、EFI 采用的空氣流量計類型,翼片式空氣流量計 體

3、積流量型 卡門渦流式空氣流量計 體積流量型 熱線式空氣流量計 質(zhì)量流量型 熱膜式空氣流量計 質(zhì)量流量型 量芯式空氣流量計 體積流量型,空氣流量傳感器安裝在空氣濾清器與進(jìn)氣軟管之間。,空氣流量傳感器的安裝位置,例：桑塔納2000轎車發(fā)動機(jī)汽油噴射系統(tǒng),例：別克轎車電子控制汽油噴射系統(tǒng),第二節(jié) 翼片式空氣流量傳感器和卡爾曼 渦流式空氣流量傳感器,一、翼片式空氣流量傳感器,（一）翼片式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理,翼片式空氣流量傳感器又稱為葉片式、動片式、風(fēng)門式、量板式空氣流量傳感器。,測量翼片,緩沖翼片,1.結(jié)構(gòu)主要組成部件,(1)檢測部件 由測量葉片和緩沖葉片組成。翼片總成固定在電位計轉(zhuǎn)軸上。測量翼

4、片在主進(jìn)氣道內(nèi)隨空氣流量的變化而偏轉(zhuǎn)，緩沖翼片與緩沖室起到阻尼作用，當(dāng)發(fā)動機(jī)吸入的空氣量急劇變化時，使翼片轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，減小翼片脈動。,進(jìn)氣岐管側(cè),空氣濾清器側(cè),緩沖室,安裝在傳感器殼體上部。由帶平衡配重的滑臂和印制電路板上的鍍膜電阻組成，滑臂與翼片固定在同一轉(zhuǎn)軸上并一起轉(zhuǎn)動。 電位計內(nèi)設(shè)有片狀螺旋形復(fù)位彈簧、調(diào)節(jié)齒圈。,(2)電位計,1）平衡配重,起到平衡作用，使滑臂平穩(wěn)偏擺。,有刻度標(biāo)記，調(diào)整復(fù)位彈簧的預(yù)緊力，從而調(diào)整傳感器的輸出特性。,2）調(diào)節(jié)齒圈,控制電動燃油泵。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時翼片稍微偏轉(zhuǎn)，其觸點(diǎn)閉合，接通泵油。當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火后翼片關(guān)閉，觸點(diǎn)頂開，燃油泵停止轉(zhuǎn)動，在汽車發(fā)生事故而油管破裂時，可

5、以防止燃油泵繼續(xù)泵油導(dǎo)致燃油外溢而發(fā)生火災(zāi)。,4）接線插座,1）燃油泵開關(guān),(3)其他部件,2） CO調(diào)整螺釘,旁通進(jìn)氣道上設(shè)有改變旁通進(jìn)氣量的CO(一氧化碳)調(diào)整螺釘，用來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)怠速時CO排放量。,安裝在主進(jìn)氣道的進(jìn)氣口上，電阻兩端的引線分別與接線插座上的搭鐵端子E2和溫度信號輸出端子THA連接。,3)進(jìn)氣溫度傳感器,空氣 濾清器側(cè),進(jìn)氣 岐管側(cè),測量翼片,空氣流過傳感器主進(jìn)氣道時，翼片受到氣流壓力產(chǎn)生的推力矩和復(fù)位彈簧力矩的作用，翼片偏轉(zhuǎn)直到彈簧力矩與推力力矩平衡為止。 翼片受到的推力力矩與空氣流量成正比。翼片偏轉(zhuǎn)角度與進(jìn)氣量成正比。 電位計滑臂和翼片均固定在同一轉(zhuǎn)軸上，電位計滑臂與翼

6、片同時偏轉(zhuǎn)。端子Vc與Vs之間輸出電壓Us隨進(jìn)氣量變化。,利用力矩平衡原理和電位計原理,2.傳感器工作原理,VB,E2,VC,US,VS,UB,3.傳感器電路,熱敏電阻：,進(jìn)氣溫度傳感器由NTC熱敏電阻套裝在塑料殼體內(nèi)構(gòu)成，安裝在主進(jìn)氣道的進(jìn)氣口上，電阻兩端的引線分別與接線插座上的搭鐵端子E2和溫度信號輸出端子THA連接。,（二）翼片式空氣流量傳感器檢測,翼片式空氣流量傳感器檢測方法有開路檢測和在路檢測兩種。以后其他章節(jié)的傳感器檢測,開路檢測：在傳感器與傳感器電路不連接的情況下，對傳感 器內(nèi)部狀況進(jìn)行檢測。一般通過檢測有關(guān)端子間 的電阻值或通斷情況進(jìn)行判斷。,在路檢測：傳感器在工作狀態(tài)時，通過

7、檢測傳感器有關(guān)端子 的電壓、信號波形和電路導(dǎo)通情況等，對傳感器、 ECU及連接導(dǎo)線進(jìn)行綜合檢測。,緩沖室,復(fù)位彈簧,緩沖翼片,測量翼片,進(jìn)氣溫度 傳感器,空氣流,ECU,1.開路檢測,1）檢測有關(guān)端子間的 電阻值或通斷。,2）通過加溫檢測熱敏 電阻的阻值變化。,點(diǎn)火開關(guān)斷開，拔下傳感器的配線連接器。,2.在路檢測,點(diǎn)火開關(guān)接通，檢測電源、有關(guān)端子的電壓值和線路的導(dǎo)通。,豐田汽車翼式空氣流量傳感器各端子之間的電阻值,眾所周知，空氣的質(zhì)量與其溫度和大氣壓力有關(guān)。溫度越低或大氣壓力越高，空氣密度越大，空氣質(zhì)量就越大；反之，溫度越高或大氣壓力越低，空氣質(zhì)量就越小。 翼片式流量傳感器檢測的是進(jìn)氣氣流的體

8、積流量，當(dāng)進(jìn)氣溫度或大氣壓力發(fā)生變化時，相同體積的空氣質(zhì)量就會發(fā)生變化。 為了避免環(huán)境溫度和大氣壓力變化給流量檢測帶來的誤差，所有檢測體積流量的空氣流量傳感器都采用了進(jìn)氣溫度傳感器和大氣壓力傳感器進(jìn)行修正。,翼片式空氣流量傳感器已經(jīng)持續(xù)生產(chǎn)使用多年。它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，目前許多車型仍采用翼片式空氣流量傳感器。,二、卡爾曼渦流式空氣流量傳感器,（一）卡爾曼渦流式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理,光電檢測渦流式空氣流量傳感器,流體渦流效應(yīng),1.結(jié)構(gòu)主要組成部件,1) 蜂窩狀整流網(wǎng)柵：使進(jìn)氣在渦流發(fā)生器之前形成比較穩(wěn)定 的氣流，在傳感器氣流入口處。,2) 渦流發(fā)生器：周期性地產(chǎn)生穩(wěn)定的

9、卡爾曼渦流，在渦流發(fā) 生器上設(shè)有一個穩(wěn)流槽和兩個導(dǎo)壓孔。,5) 發(fā)光二極管(LED)：發(fā)出光束，設(shè)置在鏡面上部。,6)光敏晶體管：接受反光鏡的反射發(fā)光束，變換成電信號。,3) 反光鏡：反射發(fā)光二極管的光，用反光能力強(qiáng)的金屬箔片 制成，并用細(xì)薄的 張緊帶張緊在導(dǎo)壓腔的外表面上。,4) 板簧片：給張緊帶施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，防止張緊帶和反光 鏡振幅過大而損壞。設(shè)在導(dǎo)壓腔內(nèi)，并緊貼張緊帶。,7) 集成信號處理電：路將頻率信號變換成方波信號后，再輸 入到ECU進(jìn)行運(yùn)算處理。,2.傳感器工作原理,當(dāng)氣流流過渦流發(fā)生器時，其后部就會產(chǎn)生渦流，渦流引起發(fā)生器后部壓力變化。進(jìn)氣量越大，渦流頻率越高，壓力變化頻率就

10、越高。,變化的壓力經(jīng)導(dǎo)壓孔引向金屬膜反光鏡使其產(chǎn)生振動，其振動頻率與渦流頻率相等。反光鏡將發(fā)光二極管的光束反射到光敏晶體管上，通過光敏晶體管檢測渦流頻率，該頻率信號輸入到ECU。,信號處理電路將頻率信號輸入ECU之后，ECU便可計算出進(jìn)氣流量的大小。豐田皇冠30型轎車上實(shí)測光電檢測渦流式空氣流量傳感器的輸出信號周期值，見表2-4。可見，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，吸人氣缸的進(jìn)氣量越大，產(chǎn)生渦流的頻率就越高。,超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器,渦流發(fā)生器,渦流穩(wěn)定板,超聲波 發(fā)生器,超聲波 接收器,與渦流數(shù)對應(yīng)的疏密超聲波,整型后的方波,卡爾曼渦流,超聲波發(fā)生電路,來自空氣 濾清器,流向 發(fā)動機(jī),空氣旁通通道

11、,ECU,渦流發(fā)生器設(shè)在主空氣道上。設(shè)置旁通空氣道的目的是為了調(diào)節(jié)主空氣道的流量?？墒褂猛灰?guī)格的流量傳感器來滿足不同排量的發(fā)動機(jī)的流量檢測要求。,超聲波接收電路,1.結(jié)構(gòu)主要組成部件,主要由渦流發(fā)生器、超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、集成控制電路、進(jìn)氣溫度傳感器和大氣壓力傳感器等組成。在主空氣道的內(nèi)壁上，粘貼有吸聲材料，防止超聲波出現(xiàn)不規(guī)則反射現(xiàn)象而影響正常檢測。,1）超聲波發(fā)生器：用于產(chǎn)生和發(fā)射超聲波信號,2）超聲波接收器：用于接收超聲波信號。,當(dāng)40kHz頻率超聲波穿過進(jìn)氣氣流到達(dá)超聲波接收器時，由于受到氣流移動速度及壓力變化的影響，因此從超聲波接收器接收到的超聲波信號的相位(時間間隔)及相

12、位差(時間間隔之差)就會發(fā)生變化，控制電路根據(jù)相位或相位差的變化情況就可計量出渦流頻率。渦流頻率信號輸入ECU后，ECU就可計算出進(jìn)氣量。,2.傳感器工作原理,超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器,構(gòu)造,超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器原理電路,超聲波通過卡爾曼渦旋后的加、減速情況,（二）渦流式空氣流量傳感器檢測,1.開路檢測,點(diǎn)火開關(guān)斷開，拔下傳感器的配線連接器。通過加溫檢測熱敏電阻溫度傳感器的阻值變化。,2.在路檢測,點(diǎn)火開關(guān)接通，檢測電源、有關(guān)端子的電壓值、信號波形和線路的導(dǎo)通。,由于兩類渦流式空氣流量傳感器檢測的均是進(jìn)氣的體積流量，兩類傳感器均有進(jìn)氣溫度傳感器和大氣壓力傳感器修正流量檢測帶來誤

13、差。,豐田轎車光電檢測渦流式空氣流量傳感器,靜態(tài)檢測 動態(tài)檢測,三菱轎車超聲波渦流式空氣流量傳感器 檢測方法如下: 打開點(diǎn)火開關(guān)，測量傳感器1號端子與搭鐵間電壓，應(yīng)為5V。 啟動發(fā)動機(jī)，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到3000r/min，這時再測量1號端子與搭鐵間電壓，應(yīng)為2.23.2V。 關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，測量傳感器的4號端子與搭鐵間電阻應(yīng)為0。,渦流式空氣流量傳感器的輸出信號是與旋渦頻率對應(yīng)的脈沖數(shù)字信號，其響應(yīng)速度是幾種空氣流量傳感器中最快的一種，幾乎能同步反映空氣流速的變化，因此特別適用于數(shù)字式計算機(jī)處理。,渦流式空氣流量傳感器的優(yōu)點(diǎn),渦流式空氣流量傳感器還具有測量精度高、進(jìn)氣阻力小、無磨損等優(yōu)點(diǎn)，長期使用

14、時，性能不會發(fā)生變化。其缺點(diǎn)是制造成本較高，因此目前只有在少數(shù)中高檔轎車中采用，因?yàn)槭菣z測體積流量，所以需要對空氣溫度和大氣壓進(jìn)行修正。,如豐田凌志LS400型轎車、皇冠30型轎車、三菱吉普車、長風(fēng)獵豹吉普車和現(xiàn)代轎車采用。,第三節(jié) 熱線式和熱膜式空氣流量傳感器,一、熱線式和熱膜式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理,(一)熱線式空氣流量傳感器,熱線式空氣流量傳感器，按其鉑金熱線安裝位置的不同分為主流測量方式和旁通測量方式兩種。,主流測量方式的 熱線式空氣流量傳感器,1.結(jié)構(gòu)主要組成部件,如圖所示為主流測量方式傳感器的結(jié)構(gòu)組成。 取樣管安裝在主進(jìn)氣道中央，取樣管安裝有一根直徑為70m的鉑金絲，兩端有金屬防

15、護(hù)網(wǎng)固定在殼體上。 控制線路板上有六端子插座與ECU連接，用于輸入信號。,旁通測量方式的 熱線式空氣流量傳感器,旁通測量方式熱線式空氣流量傳感器與主流測量方式熱線式空氣流量傳感器的主要區(qū)別是，它把鉑金熱線和補(bǔ)償電阻(冷線)安裝在旁通空氣道上。 熱線和溫度補(bǔ)償電阻用鉑線纏繞在陶瓷螺旋管上。,2.傳感器工作原理,則要增加流過電阻RH的電流，恢復(fù)RH的溫度和電阻值，加熱電流通過密電阻RA兩端的電壓UO相應(yīng)增加。該電壓的大小與流過電阻RH空氣質(zhì)量流量成正比。UO 輸送 ECU 確定空氣質(zhì)量流量， 溫度補(bǔ)償電阻RK用來消除進(jìn)氣溫度的變化對空氣流量測量結(jié)果的影響?？刂齐娐穼H與RK之間的溫差保持不變，該

16、溫差一般為100。,控制電路板上的精密電阻RA和RB與熱線電阻RH和溫度補(bǔ)償電阻RK組成惠登電橋。當(dāng)空氣流過鉑熱線電阻RH時，RH的溫度降低，其電阻減小，電橋失去平衡。若要電橋恢復(fù)平衡，,功能:,在熱膜式空氣質(zhì)量計量儀中加熱電阻 是鉑金。它是電橋電路的一部分，另外還有溫度電阻 ，傳感器電阻 還有一個可變電阻。所有這些電阻都是堆放在陶瓷片上的很薄的膜。電橋電路如此校準(zhǔn)，溫差-加熱電阻等于溫度電阻- 160C .,吸入的空氣冷卻加熱電阻，溫度電阻不變。用于加熱的電流作為吸入的空氣量的檢驗(yàn)尺度。,熱膜式與熱線式空氣流量傳感器的工作原理基本相同，只是將熱絲改為熱膜。熱膜采用平面形鉑金屬膜電阻，故稱為熱

17、膜電阻。其制作方法是：在氧化鋁陶瓷基片上采用蒸發(fā)工藝沉積鉑金屬薄膜，通過光刻制作成梳狀電阻，在其表面覆蓋一層絕緣保護(hù)膜，再引出電極引線即制成。,(二)熱膜式空氣流量傳感器,1.結(jié)構(gòu)主要組成部件,在傳感器內(nèi)部的進(jìn)氣通道上設(shè)有一個矩形護(hù)套(相當(dāng)于取樣管)，熱膜電阻設(shè)在護(hù)套中。護(hù)套的空氣人口一側(cè)設(shè)有空氣過濾層防止污物沉積到熱膜電阻上影響測量精度。,在熱膜電阻附近的氣流上游設(shè)有鉑金屬膜式溫度補(bǔ)償電阻，防止進(jìn)氣溫度變化使測量精度受到影響。 補(bǔ)償電阻和熱膜電阻與傳感器內(nèi)部控制電路連接，線束連接器插座連接，線束插座設(shè)在傳感器殼體中部。,二、熱線式與熱膜式空氣流量傳感器檢測,1.開路檢測,點(diǎn)火開關(guān)斷開，拔下傳

18、感器的配線連接器。通過加溫檢測熱敏電阻溫度傳感器的阻值變化。,2.在路檢測,點(diǎn)火開關(guān)接通，檢測電源、有關(guān)端子的電壓值和線路的導(dǎo)通。,與熱絲式流量傳感器相比，熱膜電阻的阻值較大，所以消耗電流較小，使用壽命較長。熱膜電阻不直接承受空氣流所產(chǎn)生的壓力，提高了傳感器的可靠性。 由于其發(fā)熱元件表面有一層絕緣保護(hù)薄膜，因此響應(yīng)特性稍差。,熱絲式與熱膜式空氣流量傳感器其敏感元件分別是鉑金屬絲和鉑金屬膜，鉑金屬發(fā)熱元件的響應(yīng)速度很快，能在幾毫秒內(nèi)反映出空氣流量的變化，因此測量精度不受進(jìn)氣氣流脈動的影響。具有進(jìn)氣阻力小、無磨損部件等優(yōu)點(diǎn)。因此目前大多數(shù)中高檔轎車都采用了這種傳感器。,如博世LH型燃油噴射系統(tǒng)、通用別克、尼桑千里馬、尼桑風(fēng)度、瑞典沃爾沃等轎車采用了熱絲式空氣流量傳感器； 馬自達(dá)626、捷達(dá)都市先鋒、新捷達(dá)王、捷達(dá)前衛(wèi)、紅旗和桑塔納時代超人等轎車采用了熱膜式空氣流量傳感器。,熱絲式與熱膜式空氣流量傳感器特點(diǎn),第四節(jié) 量芯式空氣流量傳感器,量芯式空氣流量傳感器具有進(jìn)氣阻力小、計量精度和工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，新型馬自達(dá)(MAZDA)929型轎車采用了這種傳感器。,一、量芯式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理,量芯式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)與翼片式傳感器相似，主要由量芯、電位計、進(jìn)氣溫度傳感器和線束插座等組成。 檢測部件是一個橢圓球體量芯，安裝在進(jìn)氣道內(nèi)，并可沿進(jìn)氣道移動。,1.結(jié)構(gòu)主要組成部件,電位計滑臂