汽车发动机空气流量传感器课件

11空气流量传感器空气流量传感器 汽车用传感器汽车用传感器2空气流量传感器 目目 录录v 1.汽车传感器汽车传感器v 2.常用的空气流量传感器常用的空气流量传感器3 目 录 1.汽车传感器31.汽车传感器种类汽车传感器种类v现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的采用电子控制。电子自动控制的工作要依赖采用电子控制。电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反缋。据统计，目前一般轿车传感器的信息反缋。据统计，目前一般轿车上大约有上大约有几十几十只传感器，高级轿车有只传感器，高级轿车有100多多个个传感器。传感器。41.汽车传感器种类现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的55v根据传感器的作用，根据传感器的作用，可以分类为测量可以分类为测量温度、温度、压力、流量、位置、压力、流量、位置、气体浓度、光亮度、气体浓度、光亮度、干湿度、距离、角度干湿度、距离、角度和位置传感器、力和和位置传感器、力和扭矩传感器、速度与扭矩传感器、速度与加速度传感器等加速度传感器等功能功能的传感器，它们各司的传感器，它们各司其职，传感器在汽车其职，传感器在汽车上的作用是很重要的。上的作用是很重要的。6根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体v 最先在汽车上应用的传感器是最先在汽车上应用的传感器是动力系统控动力系统控制制方面；方面；v其次，是安全控制方面，如其次，是安全控制方面，如ABS等；等；v第三个主要应用领域是舒适系统，如娱乐、第三个主要应用领域是舒适系统，如娱乐、空调、座椅及巡航控制等空调、座椅及巡航控制等771 1空气流量计空气流量计测量发动机的进气量，将信号输入测量发动机的进气量，将信号输入ECU。2 2进气绝对压力传感器进气绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入力，将信号输入ECU。3 3节气门位置传感器节气门位置传感器检测节气门的开度及开度变化，检测节气门的开度及开度变化，信号输入信号输入ECU。4 4凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器提供曲轴转角基准位置信号。提供曲轴转角基准位置信号。5 5曲轴位置传感器曲轴位置传感器检测曲轴转角位移，给检测曲轴转角位移，给ECU提供提供发动机转速信号和曲轴转角信号。发动机转速信号和曲轴转角信号。6 6进气温度传感器进气温度传感器检测进气温度信号。检测进气温度信号。7 7冷却液温度传感器冷却液温度传感器给给ECU提供冷却液温度信号。提供冷却液温度信号。8 8车速传感器车速传感器检测汽车的行驶速度，给检测汽车的行驶速度，给ECUECU提供车提供车速信号（速信号（SPDSPD信号）。信号）。.传感器的类型及功用传感器的类型及功用：81空气流量计测量发动机的进气量，将信号输入ECU。.9 氧传感器氧传感器检测排气中的氧含量。检测排气中的氧含量。10爆燃传感器爆燃传感器检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。11空调开关空调开关当空调开关打开，空调压缩机工作，发动当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。输入信号。12档位开关档位开关自动变速器由空档挂入其他档时，向自动变速器由空档挂入其他档时，向ECU输入信号。输入信号。13启动开关启动开关发动机启动时，给发动机启动时，给ECU提供一个启动信号提供一个启动信号14制动灯开关制动灯开关制动时，向制动时，向ECU提供制动信号。提供制动信号。15动力转向开关动力转向开关当方向盘由中间位置向左右转动时，当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向ECU输输入信号。入信号。1616巡航控制开关巡航控制开关当进入巡航控制状态时，向当进入巡航控制状态时，向ECU输入输入巡航控制状态信号。巡航控制状态信号。99 氧传感器检测排气中的氧含量。910102.常用的空气流量传感器常用的空气流量传感器v电子控制汽油喷射系统电子控制汽油喷射系统包括三个子系统：包括三个子系统：v燃油系统、燃油系统、进气系统进气系统、电子控制系统、电子控制系统112.常用的空气流量传感器电子控制汽油喷射系统包括三个子系统：12121313v空气流量传感器装在汽油发动机上，安装于空气流量传感器装在汽油发动机上，安装于空气滤空气滤清器与节气门之间，清器与节气门之间，其功能是检测发动机的进气量，其功能是检测发动机的进气量，并把检测结果转换成电信号，再输入处理电路中。并把检测结果转换成电信号，再输入处理电路中。空气流量计空气流量计14空气流量传感器装在汽油发动机上，安装于空气滤清器与节气门之间空气流量计空气流量计叶板式叶板式(测量体积流量测量体积流量)卡门涡旋式卡门涡旋式(测量体积流量测量体积流量)热式热式(测量体积流量测量体积流量)15空气流量计叶板式卡门涡旋式热式15v作用：作用：为了发动机为了在各种工况下都为了发动机为了在各种工况下都能能获得最佳浓度的混合气获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为作为ECU（Electronic Control Unit）计算）计算(控制控制)喷油量的主要依据。喷油量的主要依据。v空气流量传感器所空气流量传感器所允许的误差为允许的误差为2%3%。16作用：为了发动机为了在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，必2.1叶板式空气流量计叶板式空气流量计进气量进气量活门的开度活门的开度电信号电信号活门的转动轴活门的转动轴电位计电位计工作过程工作过程172.1叶板式空气流量计进气量活门的开度电信号活门的转动轴电位v传统的传统的L 型汽油喷射系统及一些中档车型采型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，用这种叶片式空气流量传感器，如如 丰田丰田MRY(佳美佳美)小轿车、丰田小轿车、丰田PREVIA(大霸王大霸王)小客车、马自达小客车、马自达MPV 多用途汽车等。其多用途汽车等。其结结构如下图所示。构如下图所示。181819191可变电阻滑动触可变电阻滑动触头头2电位器电位器3.发动机发动机4测量板测量板5旁通通路旁通通路6空气过滤器空气过滤器叶板式空气流量器原理图叶板式空气流量器原理图201可变电阻滑动触头叶板式空气流量器原理图20v在叶片式空气流量传感器内，通常有一电动汽油泵开在叶片式空气流量传感器内，通常有一电动汽油泵开关，如下图关，如下图 所示。当发动机起动运转时，测量片偏所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。电动汽油泵也不工作。21在叶片式空气流量传感器内，通常有一电动汽油泵开关，如下图 所22222.2.卡门旋涡式空气流量计v原理：野外的架空电线被风原理：野外的架空电线被风吹时会呜呜发出声响。风速吹时会呜呜发出声响。风速越高声音频率越高，这是因越高声音频率越高，这是因为气流流过电线后形成涡旋为气流流过电线后形成涡旋所致，液体、气体等流体中所致，液体、气体等流体中均会发生这种现象。利用超均会发生这种现象。利用超声波或光电信号检测旋涡频声波或光电信号检测旋涡频率来测量空气流量的一种传率来测量空气流量的一种传感器。感器。232.2.卡门旋涡式空气流量计原理：野外的架空电线被风吹时会呜2424v q v =k f vqv为体积流量，为体积流量，f为单列旋涡产生的频率，为单列旋涡产生的频率，k为比例常数，它与管道直径，柱状物直径为比例常数，它与管道直径，柱状物直径等有关等有关v卡门涡旋空气流量传感器的特点：卡门涡旋空气流量传感器的特点：精度高、精度高、寿命长，可靠性高。寿命长，可靠性高。频率频率比例常数比例常数体积流量体积流量25 q v =k f 频率比例常数26262727v卡门涡旋式空气传感器流量的结构和工作原理卡门涡旋式空气传感器流量的结构和工作原理如下图所示。如下图所示。v 在进气管道正中间设有一流线形或三角形的在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为规则的被称为卡门涡流的空气涡流卡门涡流的空气涡流。根据卡门。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正其移动的速度与空气流速成正比比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此，通过测的旋涡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量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。和流量。28卡门涡旋式空气传感器流量的结构和工作原理如下图所示。2929v测量单位时间内旋涡数量的方法有测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式反光镜检出式和和超声波检出式超声波检出式两种。下图所示是反光镜检出式卡门两种。下图所示是反光镜检出式卡门涡旋流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光涡旋流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光敏三极管。敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一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，致振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU 根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量出进气量(图图11)。凌志。凌志LS400 小轿车即用了这种型小轿车即用了这种型式的卡门涡旋式空气流量传感器。式的卡门涡旋式空气流量传感器。30测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种3131v下图下图 所示为所示为超声波检出式超声波检出式卡门涡旋式空气流卡门涡旋式空气流量传感器。在其后量传感器。在其后半部的两侧有一个超声波半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器发射器和一个超声波接收器。在发动机运转。在发动机运转时，超声波发射器不断地向超声波接收器发时，超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受气流中旋涡的响，流到达接收器时，由于受气流中旋涡的响，使超声波的相位发生变化。使超声波的相位发生变化。ECU 根据接收器根据接收器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流量，量，然后根据该信号确定基准空气量和基准然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。点火提前角。卡门式流量计卡门式流量计.flv32下图 所示为超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器。在其后半部33332.3热式空气流量计v工作原理：热式空气流量计是工作原理：热式空气流量计是利用空气流利用空气流过热金属线时的冷却效应工作的过热金属线时的冷却效应工作的。将一根。将一根铂丝热线置于进气空气流中，当恒定电流铂丝热线置于进气空气流中，当恒定电流通过铂丝使其加热后，如果流过铂丝周围通过铂丝使其加热后，如果流过铂丝周围的空气增加，金属丝温度就会降低。如果的空气增加，金属丝温度就会降低。如果要使铂丝的温度保持恒定，就应根据空气要使铂丝的温度保持恒定，就应根据空气量调节热线的电流，量调节热线的电流，空气流量越大，需要空气流量越大，需要的电流越大。通过测电流大小就可以测得的电流越大。通过测电流大小就可以测得流速。流速。342.3热式空气流量计工作原理：热式空气流量计是利用空气流过热v基本构基本构成包括感知空气流量的成包括感知空气流量的白金热线白金热线、根、根据进气温度进行修正的据进气温度进行修正的温度补偿电阻温度补偿电阻（冷线）（冷线）、控制热线电流的、控制热线电流的控制电路以及壳体控制电路以及壳体等。根等。根据白金热线在壳体内安装部位的不同，可分据白金热线在壳体内安装部位的不同，可分为安装在空气主通道内的为安装在空气主通道内的主流测量主流测量方式和安方式和安装在空气旁通道内的装在空气旁通道内的旁通道测量旁通道测量方式。方式。35基本构成包括感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温 气体流量增气体流量增加时，集成电路加时，集成电路A（负反馈电路）（负反馈电路）使流经使流经RH的电流的电流加大，维持加大，维持RH阻值不变，精密阻值不变，精密电阻电阻RA两端的输两端的输出电压因电流的出电压因电流的加大而增大，加大而增大，ECU接收的即此接收的即此电压信号。电压信号。36 气体流量增加时，集成电路A（负反馈电路）使流经 热式空气流量计的精密电阻装在控制线路板上，热式空气流量计的精密电阻装在控制线路板上，通过调试实验中对精密电阻通过调试实验中对精密电阻RB进行激光修整，可以在进行激光修整，可以在预定的空气流量下调定空气流量计的输出特性，如下预定的空气流量下调定空气流量计的输出特性，如下图所示。图所示。温度补偿电阻温度补偿电阻RK是热敏电阻，因此混合集成电路是热敏电阻，因此混合集成电路A对对IH的调节总是使热线工作温度与流进空气温度之差保的调节总是使热线工作温度与流进空气温度之差保持在恒定的数值（大于持在恒定的数值（大于100C），从而不需要再测进气），从而不需要再测进气温度作修正。温度作修正。37 热式空气流量计的精密电阻装在控制线路板上，通 热式空气流热式空气流量计有三种型式：量计有三种型式：第一种是将热线第一种是将热线和空气温度传感和空气温度传感器（温度补偿电器（温度补偿电阻）置于进气通阻）置于进气通道中，称为主流道中，称为主流测量方式；测量方式；一些高档小轿车采用这种空气流量传感器，如别一些高档小轿车采用这种空气流量传感器，如别克、日产克、日产MAXIMA(千里马千里马)、沃尔沃等。、沃尔沃等。38 热式空气流量计有三种型式：第一种是将热线和空 第二种是将热线缠第二种是将热线缠绕在陶瓷螺线管上并置绕在陶瓷螺线管上并置于旁通气道中，称为旁于旁通气道中，称为旁通测量方式，这既减少通测量方式，这既减少了气流阻力，又减少了了气流阻力，又减少了热线承受的气流作用力；热线承受的气流作用力；39 第二种是将热线缠绕在陶瓷螺线管上并置于旁通气 第三种是热膜式空气流量计，不用铂丝，且将第三种是热膜式空气流量计，不用铂丝，且将热膜、补偿电阻、精密电阻等镀在一块陶瓷片上，热膜、补偿电阻、精密电阻等镀在一块陶瓷片上，使制造成本大为降低，工作寿命延长。使制造成本大为降低，工作寿命延长。40 第三种是热膜式空气流量计，不用铂丝，且将热膜、v这类空气流量计由于没有运动部件，因此这类空气流量计由于没有运动部件，因此工工作可靠，而且响应特性较好作可靠，而且响应特性较好；缺点是在；缺点是在空气空气流速分布不均匀时误差较大流速分布不均匀时误差较大41这类空气流量计由于没有运动部件，因此工作可靠，而且响应特性较42谢谢！424343