汽车空气流量传感器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,第二章 空气流量传感器的结构、,原理与检测,汽车,传感器,1,.,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,2,.,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。,3,.,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。,4,.,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。,5,.,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,6,.,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,7,.,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,8,.,9,.,10,.,11,.,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,12,.,（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,13,.,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,14,.,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,15,.,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,16,.,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,VB,E2,VC,U,S,VS,U,B,17,.,3.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。,18,.,（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。,19,.,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,ECU,20,.,1.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,ECU,1）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。,21,.,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,FCE1,翼片完全关闭,任何温度,翼片任何开度,0,0,空气,流量,传感器,VBE2,20C,0.200.40,VCE2,20C,0.100.30,0.200.60,VSE2,翼片完全关闭,0.020.10,0.100.30,20C,翼片任何开度,0.021.00,0.100.30,20C,进气,温度,传感器,THA,E2,20C,10.0020.00,10.0020.00,0C,4.007.00,4.007.00,20C,2.003.00,2.003.00,40C,0.901.30,0.901.30,丰田汽车翼式空气流量传感器各端子之间的电阻值,22,.,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。,23,.,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,24,.,流体涡流效应,25,.,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。,26,.,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,27,.,28,.,29,.,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30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。,30,.,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,31,.,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,32,.,超声波检测涡流式空气流量传感器,构造,33,.,超声波检测涡流式空气流量传感器原理电路,34,.,超声波通过卡尔曼涡旋后的加、减速情况,35,.,36,.,（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。,37,.,丰田轿车光电检测涡流式空气流量传感器,38,.,静态检测,动态检测,39,.,三菱轿车超声波涡流式空气流量传感器,检测方法如下:,打开点火开关，测量传感器1号端子与搭铁间电压，应为5V。,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2.23.2V。,关闭点火开关，测量传感器的,4,号端子与搭铁间电阻应为,0,。,40,.,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30型轿车、三菱吉普车、长风猎豹吉普车和现代轿车采用。,41,.,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。,42,.,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。,43,.,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,44,.,2.传感器工作原理,则要增加流过电阻,R,H,的电流，恢复,R,H,的温度和电阻值，加热电流通过密电阻,R,A,两端的,电压U,O,相应增加。该电压的大小与流过电阻,R,H,空气质量流量成正比。U,O,输送,ECU,确定空气质量流量，,温度补偿电阻,R,K,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,R,H,与R,K,之间的,温差保持不变，该温差一般为100。,R,H,A,R,K,R,B,R,A,U,O,热线式空气流量传感器工作原理图,控制电路板上的精密电阻,R,A,和,R,B,与热线电阻,R,H,和温度补偿电阻,R,K,组成惠登电桥。,当空气流过,铂热线电阻R,H,时，,R,H,的温度降低，其电阻减小，电桥失去平衡。若要电桥恢复平衡，,45,.,功能,:,在,热膜式空气质量计量仪,中加热电阻,是铂金。它是电桥电路的一部分，另外还有温度电阻,，传感器电阻,还有一个可变电阻。所有这些电阻都是堆放在,陶瓷片上的很薄的膜。,电桥电路如此校准，温差-加热电阻等于温度电阻-,160C,.,吸入的空气冷却加热电阻，温度电阻不变。用于加热的电流,作为,吸入的空气量,的检验尺度,。,46,.,47,.,48,.,49,.,50,.,热膜式与热线式空气流量传感器的工作原理基本相同，只是将热丝改为热膜。热膜采用平面形铂金属膜电阻，故称为热膜电阻。其制作方法是：在氧化铝陶瓷基片上采用蒸发工艺沉积铂金属薄膜，通过光刻制作成梳状电阻，在其表面覆盖一层绝缘保护膜，再引出电极引线即制成。,(二)热膜式空气流量传感器,51,.,空,气,流,控制电路板,热膜,金属网,温度传感器,1.结构主要组成部件,在传感器内部的进气通道上设有一个,矩形护套,(相当于取样管)，,热膜电阻,设在护套中。护套的空气人口一侧设有空气过滤层防止污物沉积到热膜电阻上影响测量精度。,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，防止进气温度变化使测量精度受到影响。,补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部。,52,.,二、,热线式与热膜式,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,和线路的导通。,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。热膜电阻不直接承受空气流所产生的压力，提高了传感器的可靠性。由于其发热元件表面有一层绝缘保护薄膜，因此响应特性稍差。,53,.,主流测量,热线式空气流量传感器连接电路,空,气,流,量,传,感,器,储电池电源,输出电压,可变电阻器,搭铁,自清污信号,ECCS,微机集中,控制装置,点火开关,电子燃油,喷射继电器,54,.,热丝式与热膜式空气流量传感器其敏感元件分别是铂金属丝和铂金属膜，铂金属发热元件的响应速度很快，能在几毫秒内反映出空气流量的变化，因此测量精度不受进气气流脉动的影响。具有进气阻力小、无磨损部件等优点。因此目前大多数中高档轿车都采用了这种传感器。,如博世LH型燃油喷射系统、通用别克、尼桑千里马、尼桑风度、瑞典沃尔沃等轿车采用了,热丝式,空气流量传感器；,马自达626、捷达都市先锋新捷达王、捷达前卫、红旗和桑塔纳时代超人等轿车采用了,热膜式,空气流量传感器。,热丝式与热膜式空气流量传感器特点,55,.,第四节 量芯式空气流量传感器,量芯式空气流量传感器具有进气阻力小、计量精度和工作可靠性高等优点，新型马自达(MAZDA)929型轿车采用了这种传感器。,量芯,外壳,连接插座,空气,56,.,一、,量芯,式,空气流量传感器结构、原理,锥形量筒,量芯,进气温度,传感器,连接插座,回位弹簧,电位计,旁通气道,气流,量芯式空气流量传感器的结构与翼片式传感器相似，主要由,量芯,、,电位计,、,进气温度传感器,和,线束插座,等组成。,检测部件是一个椭圆球体量芯，安装在进气道内，并可沿进气道移动。,1.结构主要组成部件,电位计滑臂的一端与量芯连接，另一端设有滑动触点，量芯移动时，触点可在印制电路板的镀膜电阻上滑动。,57,.,2.传感器工作原理,量芯式空气流量传感器的测量原理与翼片式传感器相似，用量芯代替了翼片式传感器的翼片。,当节气门开度增加时，发动机的进气量增大，进气道内空气气流对量芯产生的推力力矩增大，气流推力力矩克服复位弹簧的弹簧力矩使量芯移动的距离增大，量芯带动电位计滑臂转动的角度增大，传感器输出端子之间的阻值减小，输出的信号电压降低；反之，当节气门开度减小时，传感器信号电压升高。ECU根据传感器输入信号电压的高低，即可计算出进气量的大小。,二、,芯式,空气流量传感器检测,量芯式空气流量传感器的检测与翼片式传感器相似。,58,.,