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1、第第2章章 传感器的工作原理与检修传感器的工作原理与检修第一节第一节 空气流量计空气流量计第二节第二节 进气压力传感器（进气压力传感器（MAP）第三节第三节 节气门和油门踏板位置传感器节气门和油门踏板位置传感器第四节第四节 温度类传感器温度类传感器第五节第五节 爆振传感器爆振传感器第六节第六节 催化转换器和氧传感器催化转换器和氧传感器 第七节第七节 怠速提升信号怠速提升信号第八节第八节 转速类信号转速类信号第一节第一节 空气流量计空气流量计 空气流量计的作用是将吸入的空气量转换成发动机负荷信空气流量计的作用是将吸入的空气量转换成发动机负荷信号送至电脑。空气流量计能产生与发动机转速和节气门开度号
2、送至电脑。空气流量计能产生与发动机转速和节气门开度同样的负荷信号。它是决定同样的负荷信号。它是决定“喷油量喷油量”的基本信号，一旦失的基本信号，一旦失效用发动机转速和节气门计算负荷。效用发动机转速和节气门计算负荷。按其结构形式空气流量计可以分为以下四种按其结构形式空气流量计可以分为以下四种:(1)翼片式空气流量计翼片式空气流量计:为体积流量型为体积流量型,20世纪六七十年代较世纪六七十年代较为流行。现在为流行。现在(2007年年)在市面上应用的有进口的丰田凌志在市面上应用的有进口的丰田凌志300和和PREVIA大霸王，已进报废期。量芯式空气流量计为体大霸王，已进报废期。量芯式空气流量计为体积流
3、量型积流量型(马自达马自达929应用应用)，与翼片式空气流量计本质相同，与翼片式空气流量计本质相同，已经淘汰见不到了。已经淘汰见不到了。返回下一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 (2)卡门旋涡式空气流量计卡门旋涡式空气流量计:为体积流量型，又分为反光镜为体积流量型，又分为反光镜型型(用于丰田凌志用于丰田凌志400)和超声波密度型和超声波密度型(用于三菱车系用于三菱车系)，也趋，也趋于淘汰。于淘汰。如今凌志如今凌志400早已采用热线式空气流量计，以前反光镜式早已采用热线式空气流量计，以前反光镜式卡门旋涡空气流量计早于卡门旋涡空气流量计早于1995年停用，卡门旋涡式空气流量年停用，卡门旋涡式空
4、气流量计在市面上几近消失，流入民办中等职业学校内的凌志试验计在市面上几近消失，流入民办中等职业学校内的凌志试验台多为卡门旋涡式空气流量计。台多为卡门旋涡式空气流量计。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 (3)热线式空气流量计热线式空气流量计:为质量流量型为质量流量型,20世纪世纪80年代初研年代初研制，在尼桑、通用车系应用。制，在尼桑、通用车系应用。(4)热膜式空气流量计热膜式空气流量计:为质量流量型，美国通用汽车公司为质量流量型，美国通用汽车公司研制，应用在通用公司、大众公司、奔驰公司和宝马公司等，研制，应用在通用公司、大众公司、奔驰公司和宝马公司等，有世界应用的趋势。有世界
5、应用的趋势。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计一、翼片式空气流量计一、翼片式空气流量计 空气流量计位于空气滤清器之后，检测进气量。它通过一空气流量计位于空气滤清器之后，检测进气量。它通过一个电位计将进气量转化为电压信号。进气量信号用于计算基个电位计将进气量转化为电压信号。进气量信号用于计算基本喷油持续时间确定和基本点火提前角确定。本喷油持续时间确定和基本点火提前角确定。(一一)翼片式空气流量计结构翼片式空气流量计结构 翼片式空气流量计又称活门式或叶片式空气流量计。它由翼片式空气流量计又称活门式或叶片式空气流量计。它由翼片部分、电位计部分和接线插头三部分组成。翼片部分、电位计部分
6、和接线插头三部分组成。图图2-1所示为所示为翼片式空气流量计实物。翼片式空气流量计实物。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 1.翼片部分翼片部分 如如图图2-2所示，翼片由测量叶片和缓冲叶片构成，两者铸所示，翼片由测量叶片和缓冲叶片构成，两者铸成一体。翼片转轴安装在空气流量计的壳体上，转轴一端有成一体。翼片转轴安装在空气流量计的壳体上，转轴一端有螺旋回位弹簧螺旋回位弹簧(安装在电位计部分内安装在电位计部分内)。回位弹簧的弹力与吸。回位弹簧的弹力与吸入空气气流对测量叶片的推力平衡时，翼片即处于稳定位置。入空气气流对测量叶片的推力平衡时，翼片即处于稳定位置。测量叶片随空气流量的变化
7、在空气主通道内偏转，同时，缓测量叶片随空气流量的变化在空气主通道内偏转，同时，缓冲叶片在缓冲室内偏转，缓冲室对翼片起阻尼作用。其设计冲叶片在缓冲室内偏转，缓冲室对翼片起阻尼作用。其设计目的在于当发动机吸入空气量急剧变化和气流脉动时，减小目的在于当发动机吸入空气量急剧变化和气流脉动时，减小翼片的抖动，使翼片运转平稳。翼片的抖动，使翼片运转平稳。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 2.电位计部分电位计部分 电位计在空气流量计壳体上方，内有平衡配重、滑臂、回电位计在空气流量计壳体上方，内有平衡配重、滑臂、回位弹簧、调整齿圈和印刷电路板等。螺旋回位弹簧的一端固位弹簧、调整齿圈和印刷电路
8、板等。螺旋回位弹簧的一端固定在翼片转轴上，另一端固定在调整齿圈上。调整齿圈被一定在翼片转轴上，另一端固定在调整齿圈上。调整齿圈被一卡簧定位，且调整齿圈上有刻度标记，改变调整齿圈的固定卡簧定位，且调整齿圈上有刻度标记，改变调整齿圈的固定位置，可调整回位弹簧的预紧力，使用中用以调整空气流量位置，可调整回位弹簧的预紧力，使用中用以调整空气流量计的输出特性。翼片转轴上端固装着平衡配重和滑臂，随翼计的输出特性。翼片转轴上端固装着平衡配重和滑臂，随翼片一起动作。滑臂与印刷电路板上的镀膜电阻接触，并在其片一起动作。滑臂与印刷电路板上的镀膜电阻接触，并在其上滑动。上滑动。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量
9、计空气流量计 印刷电路板采用陶瓷基镶膜工艺制成，可变电阻的中央抽印刷电路板采用陶瓷基镶膜工艺制成，可变电阻的中央抽头是与翼片轴连动的滑臂。滑臂与接线插头用导线连接，则头是与翼片轴连动的滑臂。滑臂与接线插头用导线连接，则接线插头为电压信号输出端。燃油泵控制触点受翼片转轴的接线插头为电压信号输出端。燃油泵控制触点受翼片转轴的控制。当翼片处于静止位置时，燃油泵控制触点被顶开控制。当翼片处于静止位置时，燃油泵控制触点被顶开;当当翼片偏转时，触点闭合。热敏电阻安装在空气流量计主空气翼片偏转时，触点闭合。热敏电阻安装在空气流量计主空气道进气口上，用两根导线连接在电位计部分的接线插头上，道进气口上，用两根导
10、线连接在电位计部分的接线插头上，根据进气温度输出电信号。根据进气温度输出电信号。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 3.接线插头部分接线插头部分 翼片式空气流量计的接线插头一般有七个，但也有的将电翼片式空气流量计的接线插头一般有七个，但也有的将电位计部分内部的燃油泵控制触点取消，其接线插头变为五个。位计部分内部的燃油泵控制触点取消，其接线插头变为五个。图图2-3所示为早期丰田车上翼片式空气流量计接线插头的标所示为早期丰田车上翼片式空气流量计接线插头的标记图。记图。元件引脚英文缩写元件引脚英文缩写:E=earth，地，地;VB=voltage battery，电，电瓶电压瓶电压;
11、Fc=fuelpump pump control，油泵控制，油泵控制;Vc或或Vcc，电，电压源为压源为5 V;Vs=voltage signal，信号电压，信号电压;THA=thermal air，空气温度。，空气温度。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 (二二)翼片式空气流量计的工作原理翼片式空气流量计的工作原理 空气通过空气流量计主通道时，翼片将受到吸入空气气流空气通过空气流量计主通道时，翼片将受到吸入空气气流的压力及回位弹簧的弹力控制。当空气流量增大，则气流压的压力及回位弹簧的弹力控制。当空气流量增大，则气流压力增大，使叶片偏转，翼片转角口增大，直到两力平衡为止。力增大
12、，使叶片偏转，翼片转角口增大，直到两力平衡为止。与此同时，电位计中的滑臂与翼片转轴同轴偏转，使接线插与此同时，电位计中的滑臂与翼片转轴同轴偏转，使接线插头头“Vc”与与“Vs”间的电阻减小，间的电阻减小，Us电压值降低，电脑根据电压值降低，电脑根据空气流量计送入的空气流量计送入的Us/UB的信号，感知空气流量的大小。的信号，感知空气流量的大小。Us/UB 的电压比值与空气流量成反比，且呈线性下降。的电压比值与空气流量成反比，且呈线性下降。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 当吸入空气的空气流量减小时，翼片转角口减小，接线插当吸入空气的空气流量减小时，翼片转角口减小，接线插头头“
13、Vc”与与“Vs”间的电阻值增大，间的电阻值增大，Us电压值上升，电压值上升，Us/UB的电压比值随之增大。的电压比值随之增大。使用使用Us/UB电压比作为空气流量计的输出，其目的在于电压比作为空气流量计的输出，其目的在于:当加给电位计的电源电压当加给电位计的电源电压UB随发电机发电电压发生变化时，随发电机发电电压发生变化时，因信号因信号Us与与UB成比例变化，所以作为空气流量计的输出信号成比例变化，所以作为空气流量计的输出信号Us/UB仍保持不变，即不受电源电压的影响，确保空气流量仍保持不变，即不受电源电压的影响，确保空气流量计的测量准确。计的测量准确。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量
14、计空气流量计 空气量体积空气量体积V(V=Volume体积体积)计算公式为计算公式为 C/V=Us/UB式中式中C常数常数 所以空气量体积所以空气量体积F=CUB/Us,即即V和和Us信号成反比例关系。信号成反比例关系。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 (三三)典型翼板式空气流量计典型翼板式空气流量计 实际能修到的翼板式流量计在国内有实际能修到的翼板式流量计在国内有LEXUS300和丰田大和丰田大霸王。霸王。图图2-4所示为所示为LEXUS300实车。实车。1.LEXUS300翼板式流量计翼板式流量计 图图2-5所示是凌志所示是凌志300翼板式空气流量计接脚。图中取消翼板式空
15、气流量计接脚。图中取消VB=12V代之代之Vc=5 V，这样翼板式流量计变成了，这样翼板式流量计变成了3线滑动变阻线滑动变阻器。这样器。这样Vs/Vc作为空气流量信号。作为空气流量信号。图图2-6所示是所示是LEXUS ES300翼板式流量计电路图。翼板式流量计电路图。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 凌志凌志300翼板式空气流量计上翼板式空气流量计上THA和和E2两脚为进气温度传两脚为进气温度传感器，用以测量进气温度，从而确定进气的密度，是凌志感器，用以测量进气温度，从而确定进气的密度，是凌志300翼板式空气流量计计算进气质量的修正信号。传感器为翼板式空气流量计计算进气质量
16、的修正信号。传感器为负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻:-20时，阻值为时，阻值为10 20 k;0时，时，阻值为阻值为47 k;20时，阻值为时，阻值为23 k;40时，阻值为时，阻值为0.91.3 k;60时，阻值为时，阻值为0.40.7 k;Ec和和E1为凌志为凌志300翼板式空气流量计上的油泵开关，阻值翼板式空气流量计上的油泵开关，阻值与温度无关，不启动发动机，开关断开阻值无穷大。与温度无关，不启动发动机，开关断开阻值无穷大。凌志凌志300翼板式空气流量计上故障码条件翼板式空气流量计上故障码条件:Vs信号超过信号超过4.9 V，时间超过，时间超过0.5s。返回下一页上一页第一节第一节
17、 空气流量计空气流量计 2.典型故障典型故障 1)空气流量计信号偏低空气流量计信号偏低 空气流量计信号偏低的原因分析，大致有两点空气流量计信号偏低的原因分析，大致有两点:(1)空气流量计后漏气，导致空气流量板被吸开的角度小，空气流量计后漏气，导致空气流量板被吸开的角度小，信号小。信号小。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 (2)空气流量计的翼板运动受阻，吸力小时打不开，信号空气流量计的翼板运动受阻，吸力小时打不开，信号小。小。空气流量计信号偏低，混合气过稀。怠速时，实际测量空空气流量计信号偏低，混合气过稀。怠速时，实际测量空气流量计信号电压比正常标准值气流量计信号电压比正常标准
18、值(翼板式翼板式1.11.5 V)小。空气小。空气流量计信号低，必然造成喷油量减小，混合气过稀，导致怠流量计信号低，必然造成喷油量减小，混合气过稀，导致怠速不稳，加速无力，故障灯亮，产生空气流量计信号偏低故速不稳，加速无力，故障灯亮，产生空气流量计信号偏低故障码和氧传感器监测混合气过稀故障码。障码和氧传感器监测混合气过稀故障码。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 2)空气流量计信号偏高空气流量计信号偏高 在空气流量计主空气道下方设置有旁通气道，旁通气道的在空气流量计主空气道下方设置有旁通气道，旁通气道的一侧设有可改变空气量通过的一侧设有可改变空气量通过的CO调整螺钉，以便对输出
19、特调整螺钉，以便对输出特性进行调节。由于怠速时的空燃比会因发动机、燃油喷射装性进行调节。由于怠速时的空燃比会因发动机、燃油喷射装置和系统的不同，出现若干偏差，因此需调整旁通气道截面置和系统的不同，出现若干偏差，因此需调整旁通气道截面积，使空气流量计输出与目标一致。积，使空气流量计输出与目标一致。若旁通气道过小，则从空气流量计流量板进气较多，空气若旁通气道过小，则从空气流量计流量板进气较多，空气流量计信号大，喷油较多，以至于怠速混合气过浓，燃烧不流量计信号大，喷油较多，以至于怠速混合气过浓，燃烧不彻底。彻底。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计二、卡门旋涡式空气流量计二、卡门旋涡式
20、空气流量计 卡门旋涡式空气流量计通常与空气滤清器外壳安装成一卡门旋涡式空气流量计通常与空气滤清器外壳安装成一体，在其空气通道中央设置一个锥体状的涡流发生器，在涡体，在其空气通道中央设置一个锥体状的涡流发生器，在涡流发生器后部将会不断产生称之为卡门旋涡的涡流串，测出流发生器后部将会不断产生称之为卡门旋涡的涡流串，测出卡门旋涡的频率即可感知空气流量的大小。卡门旋涡的频率即可感知空气流量的大小。图图2-7所示为所示为LEXUS LS400卡门旋涡式空气流量计实物。卡门旋涡式空气流量计实物。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 1.LEXUS LS400卡门旋涡式空气流量计反光镜频率检测
21、原卡门旋涡式空气流量计反光镜频率检测原理理 使用反光镜检测方式的卡门旋涡式空气流量计是把涡流发使用反光镜检测方式的卡门旋涡式空气流量计是把涡流发生器两侧的压力变化，通过导压孔导向薄金属制成的反光镜生器两侧的压力变化，通过导压孔导向薄金属制成的反光镜表面，使反光镜产生振动。反光镜振动时将发光管投射的光表面，使反光镜产生振动。反光镜振动时将发光管投射的光反射给光电管，对反光信号进行检测，即可求得旋涡的频率。反射给光电管，对反光信号进行检测，即可求得旋涡的频率。图图2-8所示是所示是LEXUS LS400卡门旋涡式空气流量计内部构造卡门旋涡式空气流量计内部构造返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计
22、空气流量计 图图2-9所示是卡门旋涡式空气流量计线路图。所示是卡门旋涡式空气流量计线路图。从电路图可知从电路图可知KS线对地的电压在线对地的电压在5V和近和近0V之间变化，电之间变化，电脑采集脑采集KS脚的频率信号从而根据公式算出空气的体积。脚的频率信号从而根据公式算出空气的体积。图图2-10所示是所示是LEXUS LS400卡门旋涡式空气流量计端子图。卡门旋涡式空气流量计端子图。在卡门旋涡式空气流量计内部装有进气温度传感器，在在卡门旋涡式空气流量计内部装有进气温度传感器，在图图2-10的的LEXUS LS400卡门旋涡式空气流量计端子图中卡门旋涡式空气流量计端子图中THA和和E2之间为进气温
23、度传感器。之间为进气温度传感器。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 当发动机转速高于某一预定值时，空气流量计信号消失，当发动机转速高于某一预定值时，空气流量计信号消失，发动机转速下降。发动机转速下降。ECU记录诊断代码记录诊断代码“31”，故障保护功能，故障保护功能起作用，使点火正时和喷油量保持不变，并能维持汽车行驶，起作用，使点火正时和喷油量保持不变，并能维持汽车行驶，但加速性能变差。但加速性能变差。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 2.压阻效应式卡门涡旋式空气流量计压阻效应式卡门涡旋式空气流量计 如如图图2-12所示，在涡旋发生器的下游有两个压力进入口，所
24、示，在涡旋发生器的下游有两个压力进入口，压力进入口将压力连接在压力传感器上压力进入口将压力连接在压力传感器上R1和和R2上。空气流过上。空气流过卡门涡旋发生器产生的涡旋在发生器两侧交替出现，导致压卡门涡旋发生器产生的涡旋在发生器两侧交替出现，导致压力传感器力传感器R1和和R2的电阻交替变化，电桥的两个桥臂的电阻交替变化，电桥的两个桥臂A和和B的的电压交替变化，使放大器输出信号在高和低之间变动，经整电压交替变化，使放大器输出信号在高和低之间变动，经整形电路处理后触发三极管导通和截止，随着进入形电路处理后触发三极管导通和截止，随着进入MAF的传感的传感器的空气流量增加，压力变化所产生的电压信号被转
25、化成和器的空气流量增加，压力变化所产生的电压信号被转化成和进气流量成正比的数字脉冲信号。然后，该数字信号被传递进气流量成正比的数字脉冲信号。然后，该数字信号被传递给给ECU，电脑处理电路确定卡门旋涡发生数量。，电脑处理电路确定卡门旋涡发生数量。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 3.超声波卡门旋涡式空气流量计超声波卡门旋涡式空气流量计 三菱车系使用的卡门旋涡式空气流量计是利用卡门旋涡引三菱车系使用的卡门旋涡式空气流量计是利用卡门旋涡引起的空气密度变化进行测量的。在空气流动方向的垂直方向起的空气密度变化进行测量的。在空气流动方向的垂直方向安装超声波信号发生器，在其对面安装超声波接
26、收器。安装超声波信号发生器，在其对面安装超声波接收器。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 在点火开关转过点火挡位置至启动挡位置的过程中，没在点火开关转过点火挡位置至启动挡位置的过程中，没有空气流过传感器，超声波型卡门旋涡传感器会在这个阶段有空气流过传感器，超声波型卡门旋涡传感器会在这个阶段建立起超声波传递的固定参考时间。顺时针旋转的涡流使超建立起超声波传递的固定参考时间。顺时针旋转的涡流使超声波传递加速，它们到达接收器的时间比参考时间短，逆时声波传递加速，它们到达接收器的时间比参考时间短，逆时针旋转的涡流使超声波传递速度减慢。从信号发生器发出的针旋转的涡流使超声波传递速度减慢。
27、从信号发生器发出的超声波因受卡门旋涡造成的空气密度变化的影响，到达接收超声波因受卡门旋涡造成的空气密度变化的影响，到达接收器时有的变早，有的变晚，而测出其相位差，利用放大器使器时有的变早，有的变晚，而测出其相位差，利用放大器使之形成矩形波，则矩形波的脉冲频率即为卡门旋涡的频率。之形成矩形波，则矩形波的脉冲频率即为卡门旋涡的频率。图图2-13所示为超声波检测方式的卡门旋涡式空气流量计的原所示为超声波检测方式的卡门旋涡式空气流量计的原理图。信号转变成数字脉冲再传给电脑，脉冲数越多表明空理图。信号转变成数字脉冲再传给电脑，脉冲数越多表明空气流量越大。气流量越大。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量
28、计空气流量计 旋涡的发生频率除与发生器的结构有关外，其他只与空气旋涡的发生频率除与发生器的结构有关外，其他只与空气流速有关，流速越快则旋涡频率就越高。因此，空气的体积流速有关，流速越快则旋涡频率就越高。因此，空气的体积流量流量(流速乘以截面积流速乘以截面积)可通过计算卡尔曼旋涡数来求得。可通过计算卡尔曼旋涡数来求得。当通过空气通道的空气流速变化时，将影响卡门旋涡的频当通过空气通道的空气流速变化时，将影响卡门旋涡的频率，空气流速率，空气流速v与卡门旋涡的频率与卡门旋涡的频率f之间存在如下关系之间存在如下关系:v=df/(St)而体积为而体积为:V=vS 所以得所以得:V=dfS/(St)返回下一
29、页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计式中式中 d涡流发生器外径尺寸涡流发生器外径尺寸;St斯特罗巴尔数，约为斯特罗巴尔数，约为0.2;S卡门旋涡发生器位置的空气道的截面积。卡门旋涡发生器位置的空气道的截面积。因因d、s、St为定值，所以体积与频率为定值，所以体积与频率f成正比。成正比。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 只要合理设计进气管道和卡门旋涡发生器的尺寸，斯特罗只要合理设计进气管道和卡门旋涡发生器的尺寸，斯特罗巴尔数巴尔数St在空气测量范围的全程内几乎为定值，所以，测得在空气测量范围的全程内几乎为定值，所以，测得卡门旋涡的频率卡门旋涡的频率f就可以知道空气流速就可
30、以知道空气流速v，再将空气通道的有，再将空气通道的有效截面积效截面积S与空气流速与空气流速v相乘，就可知道吸入空气的体积流量相乘，就可知道吸入空气的体积流量V。这种空气流量计输出的是与卡门旋涡同步的脉冲信号这种空气流量计输出的是与卡门旋涡同步的脉冲信号(数数字式信号字式信号)。因为输出的是数字式信号，所以特别适合发动。因为输出的是数字式信号，所以特别适合发动机电子控制系统的电脑进行处理。机电子控制系统的电脑进行处理。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计三、热线式和热膜式空气流量计三、热线式和热膜式空气流量计 1.热线式空气流量计结构和工作原理热线式空气流量计结构和工作原理 热线式
31、空气流量计的基本构件，是由感知空气流量的白金热线式空气流量计的基本构件，是由感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线冷线)、控制、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组成。根据白金热线在壳体内安装的部位不同，可分为壳体组成。根据白金热线在壳体内安装的部位不同，可分为主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式。主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 取样管置于主空气通道中央，两端有金属防护网，取样管取样管置于主
32、空气通道中央，两端有金属防护网，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成，热线为线径由两个塑料护套和一个热线支承环构成，热线为线径70 m的白金丝，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是单臂电的白金丝，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是单臂电桥电路的一个臂桥电路的一个臂RH。图图2-14是热线式空气流量计的电桥电路。是热线式空气流量计的电桥电路。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其电阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻，是单臂电桥电电阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻，是单臂电桥电路的另一个臂路的另一个臂RK。返回下一页上一
33、页第一节第一节 空气流量计空气流量计 热线支承环后端的塑料护套上粘接着一只精密电阻，并设热线支承环后端的塑料护套上粘接着一只精密电阻，并设计成能用激光修整，它也是惠斯顿电桥的一个臂计成能用激光修整，它也是惠斯顿电桥的一个臂RA。该电阻。该电阻上的电压即产生热线空气流量计的输出电压信号。惠斯顿电上的电压即产生热线空气流量计的输出电压信号。惠斯顿电桥还有一个臂桥还有一个臂RB的电阻器，装在控制线路板上面。该电阻器的电阻器，装在控制线路板上面。该电阻器在最后调试试验中用激光修整，以便在预定的空气流下调定在最后调试试验中用激光修整，以便在预定的空气流下调定空气流量计的输出特性。空气流量计的输出特性。热
34、线式空气流量计的电控线路包括电桥平衡电路、烧净电热线式空气流量计的电控线路包括电桥平衡电路、烧净电路和怠速混合气调节电位器。电控装置的大多数元件路和怠速混合气调节电位器。电控装置的大多数元件(除除RH，RK和和RA外外)都配置在这块混合集成电路板上。都配置在这块混合集成电路板上。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 图图2-15所示是热线旁通式空气流量计的结构。它与主流式所示是热线旁通式空气流量计的结构。它与主流式空气流量计在结构上的主要区别在于空气流量计在结构上的主要区别在于:将白金热线和温度补将白金热线和温度补偿电阻偿电阻(冷线冷线)安装在空气旁通道上，白金热线和温度补偿电安
35、装在空气旁通道上，白金热线和温度补偿电阻是用铂丝缠绕在陶瓷线管上制成的。阻是用铂丝缠绕在陶瓷线管上制成的。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 热线旁通式空气流量计热线电阻热线旁通式空气流量计热线电阻RH置于进气空气流中，在置于进气空气流中，在单位时间内损失的热量可用下式表示单位时间内损失的热量可用下式表示:式中式中 A、B常数常数;空气密度空气密度;v空气流速空气流速;TH热线电阻热线电阻RH的温度的温度;TA空气温度。空气温度。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 指数指数n随热线的形状和雷诺数随热线的形状和雷诺数Re而变化，这里取近似值而变化，这里取近似值0.
36、5;A,B的值与空气物理性质和热线的形状有关。热线产生的的值与空气物理性质和热线的形状有关。热线产生的热量热量Q可由下式表示可由下式表示:Q=RHI2H式中式中 IH加热电流加热电流 在热平衡时，在热平衡时，Q=H，故当热线和空气流的温度，故当热线和空气流的温度(TH-TA)为为一定时，供给热线的电能就是空气质量流量的衡量尺度。一定时，供给热线的电能就是空气质量流量的衡量尺度。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 热线电阻热线电阻RH和空气温度补偿电阻和空气温度补偿电阻RK组成单臂电桥，控制组成单臂电桥，控制电路使热线的温度始终保持比空气流温度高电路使热线的温度始终保持比空气流温
37、度高100。当空气。当空气流量增加时，对热线的冷却作用加剧，电阻减小，从而改变流量增加时，对热线的冷却作用加剧，电阻减小，从而改变电桥中的电压分布，控制电路立即加大对加热电流电桥中的电压分布，控制电路立即加大对加热电流IH的修正。的修正。因此加热电流因此加热电流IH就是空气质量流量的量度，并以精密电阻就是空气质量流量的量度，并以精密电阻RA的端电压的端电压UM作为输出信号。空气质量流量作为输出信号。空气质量流量Qm，与输出电压，与输出电压UM有如下的关系有如下的关系:Qm=K1(UM-K2)2式中式中K1、K2常数。常数。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 加热电流在加热电流在
38、50120 mA之间变化时，为避免精密电阻之间变化时，为避免精密电阻RA自自热，采用温度系数很低的金属薄膜电阻。电桥另一个臂上的热，采用温度系数很低的金属薄膜电阻。电桥另一个臂上的电阻高得多，电流只有几毫安，以减少电损耗。其中电阻高得多，电流只有几毫安，以减少电损耗。其中RK是白是白金薄膜电阻作为温度补偿。电阻金薄膜电阻作为温度补偿。电阻RB在最终调整时要激光修整，在最终调整时要激光修整，以便在预定空气流量下调准空气流量计。以便在预定空气流量下调准空气流量计。由于这种空气流量计基于热线表面与空气的热传导，热线由于这种空气流量计基于热线表面与空气的热传导，热线上任何沉淀物都将对输出信号产生有害的
39、影响，因此控制电上任何沉淀物都将对输出信号产生有害的影响，因此控制电路具备自动路具备自动“烧净烧净”(Burn-OFF)功能。每当发动机熄火功能。每当发动机熄火4s后，后，控制电路发出控制电流，使热线迅速升至控制电路发出控制电流，使热线迅速升至1 000高温，加热高温，加热1s，将粘附于热线表面的污物完全烧净。，将粘附于热线表面的污物完全烧净。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 热线式空气流量计可直接测得进气空气的质量流量，无需热线式空气流量计可直接测得进气空气的质量流量，无需温度和大气压力补偿，无运动部件，进气阻力小，响应特性温度和大气压力补偿，无运动部件，进气阻力小，响应特
40、性好，可正确测出进气管空气流量。自好，可正确测出进气管空气流量。自20世纪世纪80年代初研制成年代初研制成功后，这种空气流量计得到了广泛的应用。功后，这种空气流量计得到了广泛的应用。在流速分布不均匀的情况下，热线式空气流量计的测量误在流速分布不均匀的情况下，热线式空气流量计的测量误差较大。差较大。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 2.热膜式空气流量计结构和工作原理热膜式空气流量计结构和工作原理 热膜式空气流量计的结构如热膜式空气流量计的结构如图图2-16所示。其结构和工作原所示。其结构和工作原理与热线式空气流量计基本相同，只是将发热体由热线式改理与热线式空气流量计基本相同，只
41、是将发热体由热线式改为热膜式。热膜是由发热金属铂丝固定在薄的树脂上构成的。为热膜式。热膜是由发热金属铂丝固定在薄的树脂上构成的。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 热膜式空气流量计可使发热体不直接承受空气流动所产生热膜式空气流量计可使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，提高了空气流量计的可靠的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性与寿命。它的金属网用以产生微观紊流，以使测量信号稳性与寿命。它的金属网用以产生微观紊流，以使测量信号稳定。热膜式空气流量计不采用铂丝，而是将热线、补偿电阻定。热膜式空气流量计不采用铂丝，而是将热线、补偿电阻及精密电
42、阻用厚膜工艺镀在一块陶瓷基片上，同时它的分析及精密电阻用厚膜工艺镀在一块陶瓷基片上，同时它的分析电路比热线式要简单得多，而启动速度几乎相同。由于测定电路比热线式要简单得多，而启动速度几乎相同。由于测定的加热电流无需修正，可直接作为被吸入的空气质量流量的的加热电流无需修正，可直接作为被吸入的空气质量流量的衡量尺度，故测量误差小，仅为衡量尺度，故测量误差小，仅为12%。图图2-17是热膜式空气是热膜式空气质量流量计电路。质量流量计电路。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 新型热膜式空气流量计功能新型热膜式空气流量计功能:在高负荷率时，活塞引发的在高负荷率时，活塞引发的逆向气流，会在
43、空气流量计后产生波动，逆向气流产生的波逆向气流，会在空气流量计后产生波动，逆向气流产生的波动会降低空气质量流量计的计量精度。新型空气质量流量计动会降低空气质量流量计的计量精度。新型空气质量流量计仍能精确记录发动机吸入的空气质量仍能精确记录发动机吸入的空气质量(kg/h)。最新第六代热膜式空气流量计可由热线温度低于冷线温度最新第六代热膜式空气流量计可由热线温度低于冷线温度来记录逆向流，温差是吸入空气质量的直接标识。来记录逆向流，温差是吸入空气质量的直接标识。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 知识点滴知识点滴1:空气质量流量与工作电路产生的电压之间的关空气质量流量与工作电路产生的
44、电压之间的关系由传感器特性曲线确定系由传感器特性曲线确定(图图2-18)，它有顺流和逆流两部分。，它有顺流和逆流两部分。空气流量与输出电压信号曲线也有助于空气流量与输出电压信号曲线也有助于ECU的集中故障诊断，的集中故障诊断，如判断是否断路等。如判断是否断路等。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 知识点滴知识点滴2:空气质量流量计有自诊断功能。电脑根据空气空气质量流量计有自诊断功能。电脑根据空气流量计计算的负荷决定喷油持续时间，同时电脑还通过节气流量计计算的负荷决定喷油持续时间，同时电脑还通过节气门开度和发动机转速来计算出此时负荷决定的喷油时间。如门开度和发动机转速来计算出此时
45、负荷决定的喷油时间。如果果ECU发现与空气流量计计算的喷油时间差异过大，它首先发现与空气流量计计算的喷油时间差异过大，它首先的反应是储存这个出错记录，因为不能确定节气门是否有故的反应是储存这个出错记录，因为不能确定节气门是否有故障，所以先不上故障码。障，所以先不上故障码。当车辆继续运行时，结合氧传感器信号，当车辆继续运行时，结合氧传感器信号，ECU会判断出具会判断出具体的故障，直到控制单元能清楚地判断哪里有故障时，它才体的故障，直到控制单元能清楚地判断哪里有故障时，它才会记录下有故障传感器相应的错误代码。会记录下有故障传感器相应的错误代码。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 J
46、etta五阀和五阀和AUDI A6均采用热膜式空气流量计。均采用热膜式空气流量计。图图2-19所所示是大众空气流量计示是大众空气流量计G70的引脚，的引脚，图图2-20是热膜式空气流量计是热膜式空气流量计引脚与内部电路关系。引脚与内部电路关系。热线式空气流量计和热膜式空气流量计没有本质区别。热热线式空气流量计和热膜式空气流量计没有本质区别。热线式空气流量计的热线是放在采样管里，热膜式空气流量计线式空气流量计的热线是放在采样管里，热膜式空气流量计的热线是在膜里，原理相同。的热线是在膜里，原理相同。空气流量计空气流量计G70有有5个引脚个引脚:1脚为附加温度传感器脚为附加温度传感器(部分车型部分车
47、型悬空不用悬空不用);2脚为脚为+12 V加热电源加热电源;3脚为接地脚为接地;4脚为脚为+5 V参考参考电压电压;5脚为信号输出。脚为信号输出。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 知识点滴知识点滴:1脚原来为进气温度信号，这个温度不是用于测脚原来为进气温度信号，这个温度不是用于测量进气质量的修正信号，热线和热膜式空气流量计并不需要量进气质量的修正信号，热线和热膜式空气流量计并不需要温度修正，它本身的冷线就是温度传感器。温度修正，它本身的冷线就是温度传感器。12 V电源是为了电源是为了给热线或热膜加热供给电流。通过使用由给热线或热膜加热供给电流。通过使用由ECU提供的传感器提供
48、的传感器信号参考电压信号参考电压5 V，即一个稳恒不变的电压源，再经电桥放，即一个稳恒不变的电压源，再经电桥放大后可进一步提高信号精确度。大后可进一步提高信号精确度。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 图图2-21是热膜式空气流量计的温度传感器。是热膜式空气流量计的温度传感器。图图2-22是捷达是捷达1.6 L五阀发动机空气流量计电路图。五阀发动机空气流量计电路图。知识点滴知识点滴1:现在的大众车又把原来不用的进气温度信号在现在的大众车又把原来不用的进气温度信号在某些国产车中恢复，从而不在节气门后加进气温度传感器。某些国产车中恢复，从而不在节气门后加进气温度传感器。奥迪奥迪1.
49、8 T和捷达和捷达1.6 L发动机发动机(五阀五阀)的空气流量计电路图的空气流量计电路图引脚相同，都是通过电脑内部搭铁。引脚相同，都是通过电脑内部搭铁。知识点滴知识点滴2:热膜式空气流量计可测量热膜式空气流量计可测量12 V电源、电源、5 V恒压源恒压源和搭铁。信号一般不用万用表测量，因为有故障的空气流量和搭铁。信号一般不用万用表测量，因为有故障的空气流量计和无故障空气流量计电压信号差异在万用表上表现不出来，计和无故障空气流量计电压信号差异在万用表上表现不出来，有故障也不能识别，修理时要读取数据流。有故障也不能识别，修理时要读取数据流。返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 例如例
50、如Jetta五阀的数据流五阀的数据流01-08-002组第组第4区，区，VAG1552显示。显示。水温水温80以后，怠速工况，第以后，怠速工况，第4区怠速时进气量应为区怠速时进气量应为2.05.0g/s。显示组显示组002返回下一页上一页第一节第一节 空气流量计空气流量计 第一区第一区:发动机转速发动机转速;第二区第二区:空气流量计计算的发动机每周喷油器喷油时间空气流量计计算的发动机每周喷油器喷油时间(没没经其他信号修正经其他信号修正);第三区第三区:发动机每发动机每2周喷油器喷油时间周喷油器喷油时间(经过其他信号再次经过其他信号再次修正修正);第四区第四区:空气流量计信号，小于空气流量计信号