实训项目一空气流量传感器的检测.doc

汽车电子控制技术实训指导书 营口职业技术学院机电工程系

实训项目一 空气流量传感器的检测

空气流量传感器的功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电单元（ECU），以供ECU计算确定喷油时间（即喷油量）和点火时间。进气量信号是控制单元计算喷油时间和点火时间的主要依据。
一、实训目的和要求
1、掌握空气流量传感器的结构特性，了解其工作原理；
2、掌握空气流量传感器及其控制电路的检测方法（电阻检测、电压检测、波形检测等）；
3、 掌握空气流量计数据分析的方法。
二、实训课时
实训共安排2课时。
三、器材工具
1、工具：扳手、螺丝刀、电吹风、温度计。
2、设备：桑塔纳AJR发动机故障实验台。
3、仪器：数字万用表、金德K81故障诊断仪。
4、教具：AJR发动机教学挂图一套，空气流量计解剖教具一只，测量用桑塔纳2000Gsi型轿车空气流量计5只。
四、成绩评定
成绩评定的等级为优、良、中、及格和不及格。
五、实训原理
在多点燃油喷射系统中，根据检测进气量的方式不同，空气流量计又分为“D”型(即压力型)和 “L”型(即空气流量型)两种类型。“D” 型是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。控制系统利用检测到的绝对压力与发动机的转速来计算吸入气缸的空气量，又称为速度/密度型燃油喷射控制系统。由于空气在进气歧管内流动时会产生压力波动，发动机怠速（节气门关闭）时的进气量与汽车加速（节气门全开）时的进气量之差可达40倍以上，进气气流的最大流速可达80m/s，因此，“D”型燃油喷射系统的测量精度不高，但控制系统的制造成本较低。“L”型是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。由于采用直接测量的方法，因此进气量的测量精度较高，控制效果优于“D”型燃油喷射系统。当前各个车型采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、量芯式、涡流式）传感器和质量流量型（如热线式和热膜式）传感器。质量流量型传感器工作性能稳定、测量精度高、使用效果好，但制造成本相对“D”型要高。由于热膜式空气流量传感器内没有运动部件，因此没有流动阻力，而且使用寿命远远高于热线式流量传感器。
本次实训选用的是桑塔纳2000Gsi型轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计。

1、热膜式空气流量传感器的结构特点
桑塔纳2000GSi型轿车采用的热膜式空气流量传感器的结构如图1-1所示。

图1-1 热膜式空气流量传感器的结构
1-接线插座 2-护套 3-铂金属膜 4-防护网

在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套（相当与取样管），热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻，如图1-2所示。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部。与热丝式流量传感器相比，热膜电阻的阻值较大，所以消耗电流较小，使用寿命较长。但是，由于其发热元件表面制作有一层绝缘保护薄膜，存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。

图1-2 热膜式空气流量传感器内部元件示意图
2、热膜式空气流量传感器测量原理
通过控制发热元件温度ＴH与空气温度ＴG之差为一恒定值，就可根据发热元件的加热电流I求得空气气流的质量流量ＱM。在热丝式与热膜式流量传感器中，采用了恒温差控制电路来实现流量检测。
恒温差控制电路如图1-3所示，发热元件电阻RH和温度补偿电阻（进气温度传感器）ＲT分别连接在惠斯登电桥电路的两个臂上。当发热元件的温度高于进气温度时，电桥电压才能达到平衡，并由具有电流放大作用的控制电路A控制加热电流（50-120mA）来保持发热元件温度ＴH与温度补偿电阻温度ＴT之差保持恒定（即△T=ＴH-ＴT=120℃）。
当空气气流经发热元件使其受到冷却时，发热元件温度降低，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度保持高于温度补偿电阻温度120℃。电流增量的大小，取决于发热元件受到冷却的程度，即取决于流过传感器的空气量。当电桥电流增大时，取样电阻ＲS上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转换为电压信号ＵS的变化。输出电压与空气流量之间近似于4次方根的关系。信号电压输入ECU后，ECU便可根据该信号的高低计算出空气质量流量ＱM的大小。

图1-3 热膜式空气流量传感器电路原理
a）电路连接 b）电桥电路

当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空气流速低，空气量少；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，热空气的质量小，因此发热元件受到冷却的程度小，阻值减小幅度小，保持电桥平衡需要的电流小，如图1-4a所示，故取样电阻上的信号电压低。控制单元ECU根据信号电压即可计算出空气量，捷达AT、GTX型轿车怠速时的空气流量标准值为2.0-5.0g/s。
当发动机负荷增大或空气为冷空气时，因为节气门开度增大空气流速加快使空气流量增大；而冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以发热元件受到冷却的程度增大，阻值减小幅度大，保持电桥平衡需要的电流增大，如图1-4b)所示，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。

图1-4 热膜式空气流量传感器测量原理
a）怠速或热空气时 b）负荷增大或冷空气时

3、温度补偿原理
当进气温度变化时，发热元件的温度就会发生变化，测量进气量的精度就会受到影响。设置温度补偿电阻（温度传感器）后，从电桥电路上就可以看出，当进气温度降低使发热元件上的电流增大时，为了保持电桥平衡，温度补偿电阻上的电流相应增大，以保证发热元件温度与温度补偿电阻温度之差保持恒定，使传感器测量精度不受进气温度变化的影响。
六、热膜式空气流量传感器的检测
1、桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器电路
图1-5所示为桑塔纳2000Gsi轿车ARJ型发动机热膜式空气流量传感器电路，1脚空，2脚为12V，3脚为ECU内搭铁，4脚为5V参考电压，5脚为传感器信号。在怠速时5脚电压为1.4V，急加速时电压为2.8V。
2、桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器电阻的测量
（1）线束导通性测试
将数字万用表旋转到电阻挡，按电路图找到空气流量传感器图形下面的针脚号与ECU信号测试端口图相应的针脚号，分别测试空气流量传感器3、4、5号针脚对应至电控单元12、11、13号针脚的电阻，所有电阻都低于0.5Ω。
（2）线束短路性测试
将数字万用表设置在电阻200KΩ挡，测量空气流量传感器针脚2与电控单元针脚11、12、13之间电阻应为∞。测量空气流量传感器针脚：3-11、13；4-12-13；5-11、12之间电阻均应为∞。
3、桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器电压的检测
（1）电源电压检测
打开点火开关，将数字万用表设置在直流电压20V挡，红色表针置于空气流量传感器针脚2，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，打开起动机时应显示12V；红色表针置于空气流量传感器针脚4，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，应显示5V。
（2）信号电压测量
信号电压测量分单件测量和就车测量。
①单件检测。取一空气流量传感器总成部件，将蓄电池电压施加在空气流量传感器电器插座针脚2上，将5V电压施加在空气流量传感器电器插座针脚4上，将数字万用表设置在直流电压20V挡，测量空气流量传感器电器插座针脚3和针脚5，应由1.5V左右的电压；使用电吹风从空气流量传感格栅一段向空气流量传感器吹入冷空气或加热的空气，测量空气流量传感器电器插座针脚3和针脚，电压应顺势上升至2.8V回落。若不能满足上述条件，可以判定空气流量传感器有故障。
②就车检测。起动发动机至工作温度，将数字万用表设置在直流电压20V挡，测量空气流量传感器针脚5的反馈信号，红色表针置于空气流量传感器针脚5，黑色表针置于空气流量传感器针脚3、蓄电池负极或进气歧管壳体，怠速时应显示电压1.5V左右；急踩加速踏板时应显示2.8V变化。若不符合上述变化，或电压反而下降，则在电源电压与参考电压完好的前提下，可以判定空气流量传感器损坏，必须进行更换。
4、学生进行桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器的检测，并将测量的电压结果填入表中。
热膜式空气流量传感器各端子间的电压
端子
测量条件
标准电压/V
测量电压
2-搭铁
发动机运转
12

3-搭铁
发动机运转
5

5-3
怠速运转
1.5

加速运转
2.8

5、数据流测试
本项目的数据流测试是使用K81故障诊断仪，登陆发动机控制单元直接读取空气流量计的各项参数，测试条件是发动机在运行中并达到工作温度。数据流的检测方法简便易行，数据直观准确，并能够随时观察到数据的动态变化，是当代汽车电子控制系统故障检测诊断的重要方法，也是当前汽车维修的一线紧缺技术。数据应显示为在怠速下应为2.0～4.0g/s，如果小于2.0g/s说明进气系统有泄漏，如果大于4.0g/s说明发动机负荷过大。
七、实训报告
按学院规定的格式完成实训报告，实训报告作为成绩考核的一部分。