任务二空气流量传感器的检测与维修.ppt

项目2 空气流量传感器的检测与维修 学习目的 能够识别发动机电控系统 学习要求 1 掌握空气流量传感器的功能和组成 2 掌握空气流量传感器的结构特点 3 掌握空气流量传感器的检测方法 项目2 空气流量传感器的检测与维修 故障表现 进气量测量不准确 混合气会过浓或过稀 ECU无法正确控制发动机的喷油量 出现发动机运转不正常 排放超标等问题 空气流量传感器 又称为空气流量计 AFM 作用 是用来检测发动机吸入的空气量多少的传感器 并将进气量转变成电信号输入给ECU 以供ECU计算喷油量和点火时间 安装位置 在空气滤清器和节气门之间的进气管路上 D 型燃油喷射控制系统中 发动机进气量的测量是通过间接测量法 即利用压力传感器检测进气支管内的空气压力 真空度 来测量吸入发动机气缸内的进气量 因为空气在发动机进气支管内流动时会产生压力波动 且发动机怠速节气门完全闭合时的进气量与汽车加速节气门全开时的进气量相差40倍以上 进气气流的最大流速可达80m s 所以 D 型燃油喷射控制系统的测量精度不高 但成本低 在多点燃油喷射系统 MPI 中 检测进气量的方法 在 D 型和 L 型两种燃油喷射系统中各不相同 L 型燃油喷射控制系统中 进气量的测量是通过直接测量法 即利用空气流量传感器 直接测量进气管内被吸入发动机气缸内的空气量 因此 这种检测进气量方法的精度较高 控制效果优于 D 型燃油喷射系统 但成本较高 车用空气流量传感器的要求 工作温度 30 110 工作电压 8 16V精度 3 压力损失 1kPa耐久性 20万km无维修耐振性 20g 20Hz 200Hz 空气流量传感器常见类型 体积流量型 叶片式卡门涡流式质量流量型 热线式热膜式压力型 歧管压力传感器 1 热线式空气流量计 1 热线式空气流量计的类型 a 旁通测量方式 b 主流测量方式 大排量的发动机采用主流量检测方式 排量小的发动机则采用旁通测量方式 2 构造 就使得 所以热线式空气流量计也称为质量式空气流量计 热线式空气流量计的内部组成 热线式空气流量计的信号特征 通过热线的电流是空气质量流量的单一函数 电流与进气质量成正比 如何将此换算为电压信号 2 工作原理 RA RB RH RK组成惠斯通电桥电路 调零电阻 可用激光修复对输出特性校正 精密电阻 测量电阻值的一种四臂电桥 被测电阻为一个臂 其余三个臂是已知标准电阻 其中至少有一个臂是可调的 变化的电压等于变化的电阻乘以四分之一的变化电流 2 工作原理 空气流过RH RH温度降低 RH电阻值减小 电桥失去平衡 控制电路增大流经RH的电流以恢复RH的阻值 使电桥重新平衡 RA两端的电压增大 此电压即为热线式空气流量计的传感信号 热线温度与进气温度差 热线温度与吸入的空气温度差保持在恒定 3 热线式空气流量计的自洁功能 发动机停机后 微电脑集中控制装置将热线自动加热到约1000 烧掉附着在热线上的灰尘 4 检测 拆下空气流量计 将蓄电池电压接到D E端子 测量B和D之间的电压 向空气流量计吹风 同时测量B和D之间的电压 2 热膜式空气流量计 与热线式类似 都是用惠斯通电桥工作的 不同的是 热膜式不使用铂丝作为热线 而是将热线电阻 温度补偿电阻 桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的 又称翼片式或活门式空气流量计 主要由三部分组成 1 叶片部分 2 电位计部分 3 接线端子 3 叶片式空气流量计 1 叶片部分包括测量叶片和缓冲叶片 两者铸成一体 可绕轴旋转 在发动机工作时 空气经空气滤清器过滤后进人流量计推动叶片 测量片 旋转 使其开启 叶片开启角度由进气量产生的推力大小和叶片轴上卷簧 复位弹簧 弹力的平衡情况决定 当驾驶员操纵加速踏板来改变节气门开度时 进气量增大 进气气流对叶片的推力也增大 这时叶片开启的角度也增大 同时 缓冲叶片在缓冲室内偏转 缓冲室对叶片起阻尼作用 其作用是 当发动机吸入空气量急剧变化和气流脉动时 减小叶片的脉动 从而使叶片运转平稳 2 电位计在叶片轴上安装有一个电位计 它与叶片同轴旋转 将电位计上滑片电阻的变化转变成电压信号输人ECU 3 接线插头接线插座一般有七个接线端子 它们与电位计 进气温度传感器和油泵开关触点相连接 1 油泵触点2 可变电阻3 限流电阻4 进气温度传感器热敏电阻 在空气流量计中还有一个油泵开关 当发动机起动时 叶片旋转 油泵开关触点闭合 使电动汽油泵触点接通开始运转 当发动机熄灭后 叶片回转到关闭位置 电动汽油泵开关被断开 停止运转 这时如果点火开关处于接通位置 油泵也不会运转 这样 可以防止燃油外溢 空气流量计内安装的进气温度传感器用于测量进气温度 它有两条线 分别与搭铁端子和温度信号端子THA相连接 它的作用就是为进气量作温度补偿 2 工作原理 进气气流推动叶片转动 电位计滑臂转动 电阻值变化 电压US变化 当进气压力与测量叶片回位弹簧的弹力平衡时 测量叶片和电位计滑臂即停在某一位置 US有一个相应的值 此值输送ECU 以确定进气量 目的 当加给电位计的电源电压UB发生变化时 由于信号US与UB成比例变化 因此作为传感器的输出信号US UB保持不变 即不受电源电压的影响 以确保空气流量传感器的测量精度 发动机ECU是根据空气流量传感器输出的US UB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 3 检测 VC E2 VS E2 THA E2的电阻应符合原车标准 否则应更换空气流量计 也可在发动机工作时 检查电源电压和信号电压 以确定空气流量计是否正常 卡门涡流 在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时 在这一物体的下游就会产生两列旋转方向相反 并交替出现的旋涡 4 卡门涡流式空气流量计 产生涡流的柱状物体叫涡流发生器 当其尺寸一定时 涡流发生的频率与流体流速成正比 即根据涡流的频率可计算出流体的流速 当进气管的尺寸一定时 便可计算出流体的流量 在汽车空气流量计中测量涡流频率的方法有两种 光电式和超声波式 结构 涡流发生器 整流栅 发光二极管 光敏晶体管 反射镜 1 光电式空气流量计 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 工作原理 空气流过涡流发生器时 在其后面产生卡尔曼涡流 这时 涡流发生器两侧的压力会发生变化 通过导压孔将压力的变化引向反射镜表面 使反射镜的振动频率等于涡流的频率 当发光二极管产生的光线经反射镜反射到光敏晶体管上时 光敏晶体管导通 当光线不能反射到光敏晶体管上时 光敏晶体管截止 光敏晶体管导通与截止的频率与反射镜振动的频率成正比 同样与涡流的频率成正比 通过光敏晶体管可以检测到卡尔曼涡流的频率 传感器的信号处理电路将此频率信号转换成方波信号输入微电脑 据此计算出空气量 2 超声波式空气流量计 1 大气压力传感器 2 集成控制电路 3 涡流发生器 4 涡流稳定板 5 涡流 6 超声波接收器 7 主空气道 8 旁通空气道 9 进气温度传感器 10 超声波发生器 工作原理 工作原理 发动机工作时 超声波发生器就不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波 与此同时 进气流通过涡流发生器 并在其后产生涡流 当由发射器发射的超声波通过进气流到达接收器时 由于涡流的影响 使接收器接收到超声波信号的时间和时间差 相邻波间的相位差 发生变化 且此变化与涡流频率成正比 集成控制电路据此可计算出涡流的频率 5 空气流量传感器检测 故障分析 流量传感器失效 1 热线式空气流量计的常规检测方法 5线 第一步 MAF供电电压检测 1 断开空气流量计连接器 2 将点火开关扭置ON位置 3 测量空气流量计线束连接器的端子 B的电压 应为9 14V 第二步 内部搭铁检测 第三步 VG信号检测 取下 提供电源并搭铁 用吹风机模拟进行检测 带有加热清洁功能的热线式空气流量计的电路 1 别克轿车热线式检测 6 典型车辆空气流量传感器检测 发动机热线式空气流量传感器的控制电路 电源 搭铁 信号 发动机热线式空气流量传感器的控制电路 1 万用表检测信号线 拔下连接器 点火开关ON 测量插头A与搭铁间的电压 应为5V 插好连接器 起动 测量A与搭铁间的信号频率 频率应随进气流量的增大而增大 怠速时 频率为2 3KHz 转速为2500rpm时 频率为4 2KHz 全负荷时 频率为8 0KHz 否则 线路 传感器 ECU故障 搭铁线 拔下连接器 点火开关OFF 测量插头B与搭铁间的电阻 应为0 电源线 拔下连接器 点火开关ON 测量插头C与搭铁间的电压 应为12V 2 示波器检测 信号 模拟信号输出信号电压随进气流量的增大而增大 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变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 有问题的热线式空气流量计波形 数字信号输出信号频率随进气流量的增大而增大 波形的幅值大多数应满5V 波形的形状要适当一致 矩形的拐角和垂直沿的一致性要好 2 桑塔纳AJR发动机热膜式流量传感器 起动 运行12V 起动 运行时5V 搭铁 信号 检测 发动机怠速运转 读测量数据块显示组02 检查进气流量 标准值应为2 0 4 0g s 如果不在标准范围内或者查询到空气质量计有故障 应检查空气质量计及其电路 流量信号线 插好连接器 起动 测量插头5与搭铁间的电压 怠速时 为1 5V 并随进气流量的增大而增大 搭铁线 拔下连接器 点火开关OFF 测量插头3与搭铁间的电阻 应小于1 电源线 拔下连接器 起动 测量插头2与搭铁间的电压 应为12V 插头4与搭铁间的电压 应为5V 1 万用表检测信号线 插好连接器 点火开关ON 测量接脚Ks与E2间的电压 发动机不起动时应为4 5V 5 5V 发动机运转时应为2V 4V 并随进气流量的增大而增大 搭铁线 拔下连接器 点火开关OFF 测量插头E2与搭铁间的电阻 应为0 电源线 拔下连接器 点火开关ON 测量插头V 与搭铁间的电压 应为5V 凌志LS400卡门漩涡式空气流量传感器的控制电路 3 丰田凌志LS400卡门漩涡式检测 2 示波器检测数字信号 输出信号频率随进气流量增大而增大 占空比 脉冲宽度也改变 4 丰田PREVIA大霸王2TZ FE发动机叶片式检测 电源线 拔下连接器 点火开关ON 测量插头V 与搭铁间的电压 应为5V 插头F 与搭铁间的电压 应为12V 传感器静态电阻 拔下连接器 点火开关OFF 测量插座各接脚间的电阻 1 万用表检测信号线 插好连接器 点火开关ON 测量各接脚间的电压 搭铁线 拔下连接器 点火开关OFF 测量插头E2 E1与搭铁间的电阻 应为0 2 示波器检测模拟信号 输出信号电压随进气流量的增大而增大怠速时输出电压约为lV 节气门全开时应超过4V 急减速时输出电压并不是非常快地回到怠速电压 在急加速时波形中的小尖峰是由于叶片过量摆动造成的 热线式 杂波多 叶片式 在急加速时波形中的小尖峰 案例 进气流量传感器脏污车型 桑塔纳2000GSi型轿车 装备AJR发动机 采用博世M3 8 2电喷系统 1999年出厂 故障 发动机急加速回火 行驶无力 检查 检查油路 点火系统 进气管道正常 检查进气流量传感器 用万用表检测传感器的2号电源端子 电压为12V 正常 5号端子为信号电压输出端 正常时怠速应为1 3V左右 急加速时应为3 5 4 5V 检测中发现急加速时为2 8V左右 显然传感器的输出信号电压偏低 随即拆下进气流量传感器 检查发现传感器取样管内的热膜金属铂 电阻 上有一些絮丝状的杂物 用化油器清洗剂喷洗干净后 装复试车 发动机不再回火 故障排除 分析 进气流量传感器脏污 检测不到流量的变化 信号偏低 混合气偏稀 案例分析 功用 将进气歧管内节气门后方的进气压力转换成电信号并输送给ECU 此信号间接反映发动机进气量 类型 1 压阻效应式 2 电容式 3 电感式 7 进气管绝对压力传感器MAP 压阻效应 半导体材料在受到应力作用后 其电阻发生变化的现象 优点 灵敏度高 尺寸小 成本低 动态响应好 抗振性好 被广泛应用 1 压阻效应式 1 结构 结构 硅膜片 真空室 混合集成电路 真空管 电极引线等 硅膜片为压力转换元件 硅膜片中部制成一个薄膜片 上面加工出四个阻值相等的应变电阻片 并连接成惠斯通桥形电路 惠斯通桥形电路的输出信号 再由混合集成电路输送给ECU 2 工作原理 因为进气压力随进气流量的变化而变化 当节气门开度增大时 进气流量增加 进气压力升高 硅膜片变形量增大 输出电压U0值升高 反之 节气门开度减小时 进气量减少 进气压力降低 硅膜片变形量减小 输出电压U0值降低 当接上点火开关时 惠斯通桥形电路便加上电源电压UCC 发动机不工作时 惠斯通桥形电路中4个应变电阻片的阻值相等 电桥平衡 电桥输出电压U0为零 发动机工作时 硅膜片在进气歧管压力作用下产生机械应变 进而产生应力 使应变电阻片的阻值发生变化 惠斯通桥形失去平衡 在电桥的输出端即得到输出电压U0 3 电路方框图 ECU通过端子VC向传感器提供稳定的电源电压 传感器通过端子E2搭铁 端子PIM为传感器输出信号端 4 检测 检测电源电压 将点火开关转至 ON 位置 检查传感器电源电压 VC与E2之间 应为5V 检测输出信号电压 拆开传感器与进气管连接的软管 用手动真空泵给传感器施加真空度 测量传感器输出的信号电压 PIM与E2之间 输出信号电压应随真空度增加 绝对压力减小 而下降 以空气为介质 用两个金属平板作为电极组成的平板电容器 就可构成一个电容式传感器 其电容量为 C A d式中 C 电容量 导电介质的介电常数 A 两金属电极间相对有效面积 d 两金属电极板间的距离 2 电容式 1 构造 动片 弹性膜片 定片 金属涂层 动片与两个定片之间形成两个串联的电容 2 工作原理 发动机工作时 进气压力作用于弹性膜片上 使弹性膜片产生位移 与一个定片距离减小 而另一个定片距离增大 则电容量也就一个增加 另一个减小 从而把压力的变化转换成电容量的变化 电容量的变化量再经过测量电路转换成电压信号输送给ECU 从而将进气歧管的压力转变成电信号 3 测量电路 当无进气压力时 电桥处于平衡状态 两电容值相等且为C0 电桥输出电压为零 当有压力作用时 一个电容值增加 另一个电容值减少 则电桥失去平衡 电桥输出电压为USC 差动变压器原理 感生线圈包括一个初级绕组和两个次级绕组 两个次级绕组连接成差动形式 在初级绕组上加上交变电压e1时 两个次级绕组中感生出次级电压 输出端电压e2等于两个次级绕组的感应电压之差 3 电感式 1 构造 2 工作原理 发动机工作时 传感器膜盒外表面受到进气歧管压力作用 膜盒带动铁心位移 从而差动变压器便有与进气压力成正比的电压信号 此信号经检测 整形和放大后 作为传感器输出信号送至ECU 节气门开度增大 进气量增大 进气歧管压力升高 膜盒收缩变形量增大 输出信号电压升高 反之 则降低 检测 丰田8A FE发动机真空膜盒式 1 万用表检测信号线 接脚PIM与E2间的动态信号电压 随进气压力增大而增大 大气压3 3V 3 9V 搭铁线 插头E2与搭铁间的搭铁电阻 应为0 电源线 插头ACC与搭铁间的供电电压 应为4 5 5 5V 进气歧管绝对压力传感器检测 2 示波器检测模拟信号 通常信号电压在怠速时为1 25V 当节气门全开时略低于5V 全减速时接近OV 有些进气歧管压力传感器设计成相反方式 即当真空度增高时输出电压增高 有些系统像克莱斯勒汽车通常显示出许多电子杂波 在传送到发动机ECU后 发动机ECU中的信号处理电路会清除杂波干扰 案例 进气压力传感器的真空管破裂车型 凯迪拉克故障 油耗大但不冒黑烟 怠速稳定 动力性和加速性能也较好 检查 用诊断仪读取发动机数据 其中MAP 0kPa MAP 5V 从数据看主要原因是MAP 0kPa 可能原因是进气压力传感器损坏或真空管脱落 破裂 检查发现接在进气压力传感器上的真空管破裂 更换真空管后怠速时信号0 5V 踩下加速踏板时信号电压上升 故障排除 分析 真空管破裂 造成真空度为零 压力最大 所以信号电压一直是5V 发动机控制单元根据信号认为一直是全负荷工况 所以不断增加喷油量 造成油耗大 案例分析