汽车进气系统各传感器的原理和结构经典课件

汽车进气系统各传感器的原理和结构经典课件

一、卡门涡流空气流量传感器

空气流量传感器用于流量型汽油喷射系统，它的作用是将单位时间内吸入气缸的空气量转换成电信号送至ECU，作为决定喷油量和点火正时的基本信号之一。按其结构形式和进气量的检测原理可以分为以下四种：翼板式空气流量传感器、卡门涡旋式空气流量传感器、量芯式空气流量计、热线式空气流量传感器、热膜式空气流量传感器。

卡门涡流空气流量计：分为反光镜式和超声波式

1、反光镜式空气流量传感器

（1）结构

反光镜式空气流量计

反光镜式空气流量传感器通常与空气滤清器外壳安装成一体，其结构如上图所示。在进气管道中间设有流线型或三角形的涡旋发生器，当空气流经涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱的依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的涡流

数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速，再将空气通道的有效截面与空气流速相乘，就可以知道吸入空气的量。（2）工作原理

（反光镜检测式）工作原理

测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检测式和超声波检测两种。如图所示是反光镜检测式卡门涡旋式空气流量传感器的工作原理图，其内只有一只发光二极管和一只光电晶体管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光电晶体管上，使光电晶体管导通，输出电流信号，再转换成电压信号。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。涡旋发生器由于发生旋涡而产生的压力变化通过压力导向孔导至金属簧片上，在进气气流旋涡的压力作用下金属簧片震动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光电晶体管也随光束以同样的频率导通、截止。进气流速越大，涡旋强度也越大，光敏电压信号的频率夜高，反之频率低。ECU根据所接收的电压信号的频率低来判断进气流量的大小，然后再向喷油器发出喷油指令。

（3）传感器的测试

以丰田凌志LS400轿车1UZ-FE发动机用反光镜检出式空气流量传感器为例。

该传感器与ECU的连接电路

菱志LS400 反光镜式空气流量传感器与ECU的连接电路图

1）传感器电阻检测

点火开关置“OFF”，拔下空气流量传感器的导线连接器，用万用表电阻档测量传感器上“THA”与“E2”端子之间的电阻，其标准值如表所示。如果电阻值不符合标准值，则更换空气流量传感器。

2）空气流量传感器的电压检测

插好此空气流量传感器导线连接器，用万用表电压档检测发动机ECU端子THA-E2、KS-E1、VC-E1间的电压，其标准电压值见表所示。若电压不符合要求，则应检查传感器与ECU间的线路连接情况。如果线束连接良好，则应拔下传感器连接器插头并使点火开关位于”ON“，检查线束侧接头VC与E1和信号输入端子KS 与E1间的电压，如果电压都为4.5V-5.5V之间，说明ECU工作正常，应更换空气流

量传感器；如果电压不在规定范围内，说明ECU存在故障，应更换ECU。VC与E1和信号KS与E1间电压检查，如图所示。

3）流量计的检测

①用电压表测量

VC—5V

KS—KEY-ON：5V

怠速KS：2—3V

加速稍有变化

THA—20℃（2—3V）

②测频率

KEY—ON 零HZ

怠速 50—60HZ

加速频率增高

低于50HZ，造成混合气稀，检查导压孔是否堵塞，否则更换。

高于60HZ（实测100HZ），会造成混合气浓，应更换流量计。

故障举例：凌志400行驶了13万Km,行使途中出现急加速失灵，行驶无力，车速只能维持在60km/h左右，发动机故障灯亮起。

故障排除:此车采用卡门蜗旋式反光镜式空气流量传感器。调取故障码，显示空气流量传感器故障。拔下空气流量传感器插头，打开点火开关，测量线路均正常。重新启动发动机，发现信号线没有输出电压，故怀疑空气流量传感器损坏。更换新的空气流量传感器后故障排除。

2 超声波式空气流量计

（超声波检测式）工作原理

（1）如图所示，超声波检测方式的工作原理是利用卡门涡旋引起的空气密度变化进行测量。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收器。从信号发生器发出的超声波因受卡门涡旋造成的空气密度变化的影响，到达接收器时有的变早，有是变晚，而测出其相为差，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涡旋的频率。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漩涡的频率。

空流计电路

（2）电路原理

A、线路说明

1号—MAF信号（输感频率信号），2号—电源，3号—大气压力传感器电源5V

4号—搭铁（到ECU），5号—大气压力传感器信号，6号—进气温度传感器

B、MAF信号

700r/min — 25—50HZ

2000r/min — 70—90HZ

平均电压— 2.2—3.2V

C、大气压力传感器

作用是检测大气压力，用来修正不同海拔高度下的混合比。

工作原理与进气压力传感器一样。

一般平地测量约有3.5—4.2V。

当传感器不良线路开路时，行驶高海拔地区，引擎会因混合比不当，而产生怠速不稳、加速差、耗油等现象。若线路短路，则在平地行驶时，发生怠速不稳，加速无力，爆震等现象。

D、波形分析

空流计波形

最大值=5 V 最小值=133mV

频率=69.4112

a 流量计输出的频率随着进气

量改变，而且也改变其脉冲宽度。

b 确认在任何运行方式下，波形的幅度值频率，形状脉冲宽度等判定尺度是一致的，可重复的。

c 在空气量一定时，能产生稳定频率和脉宽信号。

d 波形的振幅应满5V，判定尺度一致原则看波形的正确形状，矩形脉冲的拐角不垂直下降沿是否一致。

（3）三菱公司MAF插头

1：Green；大气压力传感器电源5V

2：Pink；大气压力传感器信号，3.2—4.2V 3：White/black； MAF信号（频率）

4：Red；由主继电器提供的电源。

5：Black；搭铁（到ECU）

6：Red/black；进气温度信号线

7：Blue；设置信号

二、热线式空气流量传感器

A:混合集成电路RH：热线电阻

RK：温度补偿电阻RA：精密电阻RB：电桥电阻

1. LH（质量型空气流量计）分类：

（1）热线式空气流量计分为：主流热线式和旁通热线式

（2）热膜式

2. 热线式空气流量计

（1）结构和工作原理

热线式空气流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线（铂金属线）、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、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传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。

如上图是采用主流测量方式的热线式空气流量传感器的结构图。它的两端有金属防护网，取样管置于主空气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支撑环构成。热线线径为70微米的白金热线（Rh),布置在支撑环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂，见图。热线支撑环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻（RK），是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支撑环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻（RA）。此电阻能够用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有一个臂的电阻RB安装在控制线路板上。

旁通式空气流量计

采用旁通测量方式的热线式空气流量传感器，它与主流测量方式在结构上的主要区别在于：将白金热线和温度补偿电阻（冷线）安装在旁通气道上。热线和温度补偿电阻是用铂线缠绕在陶瓷绕线管上制成的。

热线式空气流量传感器的电子控制线路板包括电桥平衡电路、自洁电路和怠速混合气调节电位器，电子装置的大多数元件（除RH、RK和RA）都安装在这块集成电路板上。

热线式空气流量传感器的工作原理是：热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50mmA-120mmA之间变化。

（2）马自达、福美来热线式空气流量计

MAF测量数据：

。

3）流量计波形

分析：

a 通常热线（热膜）式空气流量传感器，输出信号电压范围是从怠速时超过

0.2V至节气门全开时超过4V，当急减速时输出信号电压应比怠速时的电压稍低。

b 发动机运转时，波形的副值在不断的波动，这是正常的。

（分析）因为热线式空气流量计没有任何运动部件，因此没有惯性，所以它能快速的对空气流量的变化作出反应，ECU会处理这些信号。

c 不同的车型输出电压将有很大差异，测怠速时的电压可以判断空流量的好坏。

d 如果怠速时电压太高，而高速时电压又达不到4V则说明流量计损坏。

e 如果在急加速时信号电压上升缓慢，而在急减速时输出信号波形下降缓慢，则说明热线（热膜）脏污

2、热膜式空气流量计。

桑塔纳2000热膜式空气流量传感器

（1）结构

如图所示，热膜式空气流量传感器的结构和工作原理与热线式空气流量传感器基本相同。与热线相比，热膜式发热体的响应性稍差。但其电阻值较高，消耗的电流较小，可以做得体积较小、外形更轻巧一些。此外因其发热元件是平面型的，从上游观察时，可设法使其投影面做的很小，这样可以减小计量通道内的附着物，有效提高空气流量传感器的可靠性。国产桑塔纳2000GSi型轿车、捷达GT、GTX、帕萨特B52.8L型轿车以及红旗CA7220型轿车都采用了热膜式空气流量传感器。

热膜式空气流量传感器的结构

（1）热膜式空气流量计是人线式的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属膜电阻器，故称为热膜电阻。

此种机构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，提高了其工作的可靠性。流量计原理与热线式一样。

桑塔纳2000GSI流量计

（2）电路

1--空 2--电源12V 3—搭铁 4--电源5V

5—信号 J220—ECU G70—流量计

（3）检测

a 怠速时，信号应1.5—1.6V，且加速上升。

b 用示波器，或解码器。

c 人工试验：将流量计的电源和搭铁接上，用吹风机吹过气道，同时则MAF 信号，风量小时电压较低，风量大时，电压较高。

故障举例：一辆桑塔纳2000GSi出现怠速时发动机抖动，急加速时发动机回火现象。

故障排除: 1用解码器读取故障码显示发动机系统无故障码显示。2检查燃油系统压力，高压线及火花塞均正常。

发动机回火说明混合气过稀，解码器读取数据01-08-02组第四项空气流量计数据，可以反映混合气状态，读取时怠速状态下正常时为2.0-4.0 g/s左右，而此时数据为1.5 g/s这说明空气流量计有故障，更换空气流量计故障排除。分析：空气流量计检测进气量信号偏低，ECU误认为此时进气量少，控制喷油量减少，而实际进气量正常。因此造成混合气稀。氧传感器修正量已达最大，不能满足发动机需要，因此出现此故障。

注意：上海帕萨特B51.8L和1.8T轿车空气流量传感器插脚的功能

通过上述对比可以发现，上海帕萨特B51.8L 轿车和B51.8T 轿车的空气流量计是不可以互换的，它们根本的区别在于其引脚相反。如果将它们2号脚、4号脚互换，应该是可行的。所以两者是不可以直接互换的。

三、进气歧管绝对压力传感器（MAP ）

1、作用

MAP 能依据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力的变化，并转换成电压信号与转速信号一起输送到微机控制装置，作为决定基本喷油量的依据。

在D 型喷射系统中，取消了空气流量传感器，但在系统中设置了用来检测进气歧管绝对压力的进气歧管绝对压力传感器，它主要是测量进气管内的压力，并将压力信号转变成电信号传给发动机控制模块，作为决定喷油量和基本点火提前角的重要依据。

奥德赛歧管压力传感器

别克歧管压力传感器

桑塔纳2000GLI进气压力传感器及进气温度传感器

安装位置：1、位于防火墙上，或进气管上，通过真空管连接，一般适用于丰田、福特、大宇、起亚和部分国产车型

2、位于节气门体上，节气门的后方，进气总管上

3、位于电脑内部：奥迪V6 2.6 2.8

2、半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器

（1）结构与原理

1）传感器构造

内部主要有滤芯、压力转换元件和放大器等组成，压力转换元件是利用半导体的压敏效应制成的硅膜片。硅膜片的一面是真空室，另一面导入进气歧管。

硅膜片约3mm的正方形，厚约50um的薄膜，薄膜周围有4个应变电阻，以惠斯顿电桥方式连接。

电阻跟变形受压变成正比。

2）工作原理

当KEY—ON，不发动车时，歧管内无真空，硅膜片不变形，因电阻最小，因此输出信号较高。

怠速时，歧管内真空最大，硅膜片受压变形成度最大，因此电阻较大，输出信号电压较低。

半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器由压力转换元件（硅膜片）和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路组成。它是利用半导体压阻效应原理，使用硅膜片，把硅膜片的一面抽成真空，另一面导入进起歧管的气体压力。硅膜片受到的压力不同产生的电阻就不同，把它与惠斯顿电桥相连，就可以把电阻信号转变成电压信号输出。 3）波形分析

①通常输出电压在怠速时为1.25V，当节气门全开时略低于5V，全减速时接近0V。

②真空度高时（全减速时80kpa）产生对地电压信号（接近0V），真空低时

（接近大气压时，全负荷接近10kpa），产生的电压信号高（接近5V）。

③一般4缸发动机杂波较多，因为真空波动比较大。

4）数据

5）一般故障

A、传感器开路或PIM开路。

现象：带速稍有不稳（ECU修正值），缓加速正常，急加速不良，回火甚至熄火。

检测：①测VC，应5V与TPS共用，无电为VC线路或ECU故障。

②测PIM，应符合数据表，若为5V，证明传感器开路或插头松动（5V为ECU 监控电压）。

③测ECU PIM电压应与MAP输出PIM相等，若为5V，证明PIM线开路。

B、传感器内PIM对地短路或PIM线搭铁。

现象：发动机有着火意思，但无法发动，因为喷油量过小。

检测：①测PIM信号应符合数据，若测PIM为0V，证明线搭铁或MAP故障。

②拨下MAP插头，测PIM若此时为5V，证明MAP故障，若仍为0V，证

明PIM线搭铁。

C、MAP真空管脱落或真空管漏气

现象：起动时淹死火花塞，怠速严重抖动、冒黑烟。

分析：由于真空管脱落造成MAP无法检测歧管压力，而是检测大气压力，因此输出信号过高（3.3—3.9V），造成喷油量过大。

D、MAP真空管堵塞

现象：怠速稍抖，加速不良。

6）实例：

A、一台佳美2.2L，5S—FE发动机，行车中突然熄火，再起动有着火意思，就是不发动。

检查：①用清洗剂喷入歧管，再起动发动正常，说明点火系统正常，问题在油路；②测油压基本正常；

③检查有喷油信号，用（E1）灯，但亮度稍弱；

④调码—无；

⑤清洗喷油器，故障依旧；

⑥只好系统的检查，当测到MAP的PIM时，发现为0V，正常KEY—ON时应

3.3—3.9V，当拨下MAP插头后，测PIM为5V，显然为MAP内故障，此时发动车正常，但加速不良，更换MAP后一切正常。

3、传感器的优点

半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器尺寸小，精度高、响应性好，又由于其生产成本较低，所以得到了广泛的应用。如丰田、通用、克莱斯勒公司生产的很多款汽车均采用此种传感器，国内上海大众汽车公司生产的桑塔纳2000GLi型轿车也使用了此种传感器。

4、传感器的测试