汽车空气流量传感器

第二章空气流量传感器的结构、原理与检测汽车传感器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。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。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。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第二节翼翼片式式空气流流量传感感器和卡卡尔曼涡流式空空气流量量传感器器一、翼片片式空气气流量传传感器（一）翼翼片式空空气流量量传感器器结构、、原理翼片式空空气流量量传感器器又称为为叶片式、动片式、风门式、量板式空气流量量传感器器。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调整螺钉测量翼片片缓冲翼片片1.结构构主要组组成部件件(1)检检测部件件由测量叶叶片和缓缓冲叶片片组成。。翼片总成成固定在在电位计计转轴上上。测量翼片片在主进进气道内内随空气气流量的的变化而而偏转，，缓冲翼翼片与缓缓冲室起起到阻尼尼作用，，当发动动机吸入入的空气气量急剧剧变化时时，使翼翼片转动动平稳，，减小翼翼片脉动动。进气岐管管侧空气滤清清器侧缓冲室安装在传传感器壳壳体上部部。由带带平衡配重重的滑臂和印制电电路板上上的镀膜电阻阻组成，滑滑臂与翼翼片固定定在同一一转轴上上并一起起转动。。电位位计内设设有片状状螺旋形形复位弹簧簧、调节齿圈圈。(2)电电位计

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）平衡衡配重起到平衡衡作用，，使滑臂臂平稳偏偏摆。有刻度标标记，调调整复位位弹簧的的预紧力力，从而而调整传传感器的的输出特特性。2）调节节齿圈控制电动动燃油泵泵。发动动机运转转时翼片稍微微偏转，，其触点闭合合，接通通泵油。。当发动动机熄火火后翼片片关闭，，触点顶顶开，燃燃油泵停停止转动动，在汽车发生生事故而油管破裂裂时，可以防防止燃油油泵继续续泵油导导致燃油油外溢而而发生火火灾。4）接线线插座1）燃油泵开关(3)其其他部件件2）CO调整整螺钉旁通进气气道上设设有改变变旁通进进气量的的CO(一氧化化碳)调调整螺钉钉，用来来调节发发动机怠怠速时CO排放放量。安装在主主进气道道的进气气口上，，电阻两两端的引引线分别别与接线线插座上上的搭铁端子E2和温度度信号输输出端子子THA连接。。3)进气气温度传传感器空气滤清器侧侧进气岐管侧测量翼片片空气流过过传感器器主进气气道时，，翼片受受到气流流压力产产生的推推力矩和和复位弹弹簧力矩矩的作用用，翼片片偏转直直到弹簧力矩矩与推力力矩矩平衡为止止。翼片受到到的推力力力矩与与空气流流量成正正比。翼翼片偏转转角度αα与进气气量成正正比。电位计滑滑臂和翼翼片均固固定在同同一转轴轴上，电电位计滑滑臂与翼翼片同时时偏转。。端子Vc与Vs之间间输出电电压Us随进气气量变化化。利用力矩矩平衡原原理和电电位计原原理2.传感感器工作作原理VBE2VCUSVSUB3.传感感器电路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热敏电阻阻：进气温度度传感器器由NTC热敏敏电阻套套装在塑塑料壳体体内构成成，安装装在主进进气道的的进气口口上，电电阻两端端的引线线分别与与接线插插座上的的搭铁端端子E2和温度度信号输输出端子子THA连接。。（二）翼翼片式空空气流量量传感器器检测翼片式空空气流量量传感器器检测方方法有开路检测和在路检测两种。以后后其他章节节的传感器器检测开路检测：在传感器器与传感器器电路不连连接的情况况下，对传传感器内部状况况进行检测测。一般通通过检测有关端子间间的电阻值或或通断情况况进行判断断。在路检测：传感器在在工作状态态时，通过过检测传感感器有关端端子的电压、信信号波形和和电路导通通情况等，，对传感器器、ECU及连连接导线进进行综合检检测。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ECU1.开路检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ECU1）检测有有关端子间间的电阻值或通通断。2）通过加加温检测热热敏电阻的阻值值变化。点火开关断断开，拔下下传感器的的配线连接接器。2.在路检检测点火开关接接通，检测测电源、有有关端子的的电压值和和线路的导导通。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FC—E1翼片完全关闭任何温度翼片任何开度00空气流量传感器VB—E220°C0.20—0.40—VC—E220°C0.10—0.300.20—0.60VS—E2翼片完全关闭0.02—0.100.10—0.3020°C翼片任何开度0.02—1.000.10—0.3020°C进气温度传感器THA—E2－20°C10.00—20.0010.00—20.000°C4.00—7.004.00—7.00＋20°C2.00—3.002.00—3.00＋40°C0.90—1.300.90—1.30丰田汽车翼翼式空气流流量传感器器各端子之之间的电阻阻值众所周知，，空气的质量与其温度和和大气压力力有关。温温度越低或或大气压力力越高，空空气密度越越大，空气气质量就越大；；反之，温温度越高或或大气压力力越低，空空气质量就越小。。翼片式流量量传感器检检测的是进进气气流的的体积流量，当进气温温度或大气气压力发生生变化时，，相同体积积的空气质量就会发生生变化。为了避免环环境温度和和大气压力力变化给流流量检测带带来的误差，所有有检测体积积流量的空空气流量传传感器都采采用了进气温度传传感器和大气压力传传感器进行修正。。翼片式空气气流量传感感器已经持续生生产使用多多年。它具具有结构简简单、价格格便宜、可可靠性高等等优点，目目前许多车车型仍采用用翼片式空气流量传传感器。二、卡尔曼曼涡流式空空气流量传传感器（一）卡尔尔曼涡流式式空气流量量传感器结结构、原理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涡流式空气气流量传感感器流体涡流效效应1.结构主主要组成部部件1)蜂窝窝状整流网网栅：使进气在在涡流发生生器之前形形成比较稳稳定的气流，在在传感器气气流入口处处。2)涡流流发生器：周期性地产产生稳定的的卡尔曼涡涡流，在涡涡流发生器上设有有一个稳流槽和两个导压孔。5)发光光二极管(LED)：发出光束，设置在镜面面上部。6)光敏晶晶体管：接受反光光镜的反射射发光束，变换成电信信号。3)反光光镜：反射发光光二极管的的光，用反反光能力强强的金属箔箔片制成，并用用细薄的张紧带张紧在导压腔的外表面上上。4)板簧片：给张紧带带施加适当当的预紧力力，防止张张紧带和反反光镜振幅过大大而损坏。。设在导压压腔内，并并紧贴张紧紧带。7)集成成信号处理理电：路将频率率信号变换换成方波信信号后，再再输入到ECU进行运算处处理。2.传感器器工作原理理当气流流过过涡流发生生器时，其其后部就会会产生涡流流，涡流引引起发生器器后部压力力变化。进进气量越大大，涡流频频率越高，，压力变化化频率就越越高。变化的压力力经导压孔孔引向金属属膜反光镜镜使其产生生振动，其其振动频率率与涡流频频率相等。。反光镜将将发光二极极管的光束束反射到光光敏晶体管管上，通过过光敏晶体体管检测涡涡流频率，，该频率信信号输入到到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信号处理电电路将频率率信号输入入ECU之后，ECU便可计算出出进气流量量的大小。。丰田皇冠冠3．0型轿车上实实测光电检检测涡流式式空气流量量传感器的的输出信号号周期值，，见表2-4。可见，发发动机转速速越高，吸吸人气缸的的进气量越越大，产生生涡流的频频率就越高高。超声波检测测涡流式空空气流量传传感器涡流发生器器涡流稳定板板超声波发生器超声波接收器与涡流数对对应的疏密密超声波整型后的方方波卡尔曼涡流流超声波发生生电路来自空气滤清器流向发动机空气旁通通通道ECU涡流发生器器设在主空空气道上。。设置旁通通空气道的的目的是为为了调节主主空气道的的流量。可可使用同一一规格的流流量传感器器来满足不不同排量的的发动机的的流量检测测要求。超声波接收收电路1.结构主主要组成部部件主要由涡流流发生器、、超声波发发生器、超超声波接收收器、集成成控制电路路、进气温温度传感器器和大气压压力传感器器等组成。。在主空气气道的内壁壁上，粘贴贴有吸声材材料，防止止超声波出出现不规则则反射现象象而影响正正常检测。。1）超声波波发生器：用于产生生和发射超超声波信号号2）超声波波接收器：用于接收收超声波信信号。当40kHz频率超声波波穿过进气气气流到达达超声波接接收器时，，由于受到到气流移动动速度及压压力变化的的影响，因因此从超声声波接收器器接收到的的超声波信信号的相位位(时间间隔)及相位差(时间间隔之之差)就会发生变变化，控制制电路根据据相位或相相位差的变变化情况就就可计量出出涡流频率率。涡流频频率信号输输入ECU后，ECU就可计算出出进气量。。2.传感器器工作原理理超声波检测测涡流式空空气流量传传感器构造超声波检测测涡流式空空气流量传传感器原理理电路超声波通过过卡尔曼涡涡旋后的加加、减速情情况（二）涡流流式空气流流量传感器器检测1.开路检检测点火开关断断开，拔下下传感器的的配线连接接器。通过过加温检测测热敏电阻阻温度传感感器的阻值值变化。2.在路检检测点火开关接接通，检测测电源、有有关端子的的电压值、信号波形和线路的导导通。由于两类涡流式空气气流量传感感器检测的的均是进气气的体积流流量，两类传感器均有有进气温度传传感器和大气压力传传感器修正流量检检测带来误误差。静态检测动态检测三菱轿车超超声波涡流流式空气流流量传感器器检测方法如如下:①打开点火火开关，测测量传感器器1号端子子与搭铁间间电压，应应为5V。。②启动发动动机，使发发动机转速速到3000r/min，这这时再测量量1号端子子与搭铁间间电压，应应为2.2～3.2V。③关闭点火火开关，测测量传感器器的4号端子与搭搭铁间电阻阻应为0Ω。涡流式空气气流量传感感器的输出出信号是与与旋涡频率率对应的脉脉冲数字信信号，其响响应速度是是几种空气气流量传感感器中最快快的一种，，几乎能同同步反映空空气流速的的变化，因因此特别适适用于数字字式计算机机处理。涡流式空气气流量传感感器的优点点涡流式空气气流量传感感器还具有有测量精度度高、进气气阻力小、、无磨损等等优点，长长期使用时时，性能不不会发生变变化。其缺缺点是制造造成本较高高，因此目目前只有在在少数中高高档轿车中中采用，因因为是检测测体积流量量，所以需需要对空气气温度和大大气压进行行修正。如丰田凌志志LS400型轿车车、皇冠3．0型轿轿车、三菱菱吉普车、、长风猎豹豹吉普车和和现代轿车车采用。第三节热热线式和热热膜式空气气流量传感感器一、热线式和热热膜式空气流量传传感器结构构、原理(一)热线线式空气流流量传感器器热线式空气气流量传感感器，按其其铂金热线线安装位置置的不同分分为主流测量方方式和旁通测量方方式两种。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方式的热线式空气气流量传感感器1.结构主主要组成部部件如图所示为为主流测量方方式传感器的结结构组成。。取样管安装装在主进气气道中央，，取样管安安装有一根根直径为70m的铂铂金丝丝，两两端有有金属属防护护网固固定在在壳体体上。。控制线线路板板上有有六端端子插插座与与ECU连连接，，用于于输入入信号号。旁通测测量方方式的的热线式式空气气流量量传感感器旁通测测量方方式热热线式式空气气流量量传感感器与与主流流测量量方式式热线线式空空气流流量传传感器器的主主要区区别是是，它它把铂铂金热热线和和补偿偿电阻阻(冷冷线)安装装在旁旁通空空气道道上。。热线和和温度度补偿偿电阻阻用铂铂线缠缠绕在在陶瓷瓷螺旋旋管上上。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2.传传感器器工作作原理理则要增增加流流过电阻RH的电流流，恢复复RH的温度和和电阻阻值，，加热电电流通通过密密电阻阻RA两端的的电压UO相应增增加。。该电电压的的大小小与流流过电阻RH空气质量流量成正比比。UO输送ECU确定空气质量流量，，温度补补偿电电阻RK用来消消除进进气温温度的的变化化对空空气流流量测测量结结果的的影响响。控制电电路将RH与RK之间的的温差保持持不变变，该该温差一般为100℃。。RHARKRBRAUO热线式空气流量传感器工作原理图

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•控制电电路板板上的的精密密电阻阻RA和RB与热线线电阻阻RH和温度度补偿偿电阻阻RK组成惠惠登电电桥。。当空气气流过过铂热线电阻RH时，RH的温度降降低，，其电阻减减小，，电桥桥失去去平衡衡。若要电桥恢恢复平平衡，功能:在热膜式式空气气质量量计量量仪中加热热电阻阻是铂金金。它它是电电桥电电路的的一部部分，，另外外还有有温度度电阻阻，传感感器电电阻还有一一个可可变电电阻。。所有有这些些电阻阻都是是堆放放在陶瓷片片上的的很薄薄的膜膜。电桥电电路如如此校校准，，温差差-加加热电电阻等等于温温度电电阻-160°C.吸入的的空气气冷却却加热热电阻阻，温温度电电阻不不变。。用于加加热的的电流流作为吸入的的空气气量的检验验尺度度。热膜式式与热热线式式空气气流量量传感感器的的工作作原理理基本本相同同，只只是将将热丝丝改为为热膜膜。热热膜采采用平平面形形铂金金属膜膜电阻阻，故故称为为热膜膜电阻阻。其其制作作方法法是：：在氧氧化铝铝陶瓷瓷基片片上采采用蒸蒸发工工艺沉沉积铂铂金属属薄膜膜，通通过光光刻制制作成成梳状状电阻阻，在在其表表面覆覆盖一一层绝绝缘保保护膜膜，再再引出出电极极引线线即制制成。。(二)热膜膜式空空气流流量传传感器器空气流控制电路板热膜金属网温度传感器1.结结构主主要组组成部部件在传感感器内内部的的进气气通道道上设设有一一个矩形护护套(相当于于取样样管)，热膜电电阻设在护护套中中。护护套的的空气气人口口一侧侧设有有空气气过滤滤层防防止污污物沉沉积到到热膜膜电阻阻上影影响测测量精精度。。在热膜膜电阻阻附近近的气气流上上游设设有铂铂金属属膜式式温度度补偿偿电阻阻，防防止进进气温温度变变化使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。二、热线式式与热热膜式式空气流流量传传感器器检测测1.开开路检检测点火开开关断断开，，拔下下传感感器的的配线线连接接器。。通过过加温温检测测热敏敏电阻阻温度度传感感器的的阻值值变化化。2.在在路检检测点火开开关接接通，，检测测电源源、有有关端端子的的电压值值和线路路的导导通。。与热丝丝式流流量传传感器器相比比，热热膜电电阻的的阻值值较大大，所所以消消耗电电流较较小，，使用用寿命命较长长。热热膜电电阻不不直接接承受受空气气流所所产生生的压压力，，提高高了传传感器器的可可靠性性。由由于于其发发热元元件表表面有有一层层绝缘缘保护护薄膜膜，因因此响响应特特性稍稍差。。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热丝式式与热热膜式式空气气流量量传感感器其其敏感感元件件分别别是铂铂金属属丝和和铂金金属膜膜，铂铂金属属发热热元件件的响响应速速度很很快，，能在在几毫毫秒内内反映映出空空气流流量的的变化化，因因此测测量精精度不不受进进气气气流脉脉动的的影响响。具具有进进气阻阻力小小、无无磨损损部件件等优优点。。因此此目前前大多多数中中高档档轿车车都采采用了了这种种传感感器。。如博世世LH型燃燃油喷喷射系系统、、通用用别克克、尼尼桑千千里马马、尼尼桑风风度、、瑞典典沃尔尔沃等等轿车车采用用了热丝式式空气流流量传传感器器；马自达达626、、捷达达都市市先锋锋、新新捷达达王、、捷达达前卫卫、红红旗和和桑塔塔纳时时代超超人等等轿车车采用用了热膜式式空气流流量传传感器器。热丝式式与热热膜式式空气气流量量传感感器特特点第四节节量量芯式式空气气流量量传感感器量芯芯式式空空气气流流量量传传感感器器具具有有进进气气阻阻力力小小、、计计量量精精度度和和工工作作可可靠靠性性高高等等优优点点，，新新型型马马自自达达(MAZDA)929型型轿轿车车采采用用了了这这种种传传感感器器。。

量芯外壳连接插座空气一、、量芯芯式空气气流流量量传传感感器器结结构构、、原原理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芯式式空空气气流流量量传传感感器器的的结结构构与与翼翼片片式式传传感感器器相相似似，，主主要要由由量芯芯、电位位计计、进气气温温度度传传感感器器和线束束插插座座等组组成成。。检测测部部件件是是一一个个椭椭圆圆球球体体量量芯芯，，安安装装在在进进气气道道内内，，并并可可沿沿进