新型汽车传感器、执行器原理与故障检测第二章空气流量传感器

第二章 空气流量传感器,新型汽车传感器、执行器原理与故障检测,第二章 空气流量传感器,一、热膜式空气流量传感器结构 热膜式空气流量传感器热线式空气流量传感器的改进型（大众CC、新帕萨特），它的发热体是热膜（由发热金属铂固定在薄的树脂膜上制成），而不是热线。热膜式空气流量传感器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，提高了流量计的可靠性。同时与热线式流量传感器相比，热膜式流量计的热膜电阻的阻值较大，消耗电流较小，使用寿命也较长。但是由于其发热元件表面的一层保护薄膜存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。热膜式空气流量传感器的结构如图2-1所示。,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,二、热膜式空气流量传感器工作原理 热膜式空气流量传感器与热线式空气流量传感器的工作原理大致一样。传感器的热膜电阻RH、温度补偿电阻RT、精密电阻R1及R2、信号取样电阻Rs在电路板上以惠斯顿电桥的方式连接，如图2-2所示。当空气气流流经发热元件并使其受到冷却时，发热元件即热膜电阻温度降低，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度保持高于温度补偿电阻温度一个固定值（一般仍为100）。电流增量的大小取决于发热元件受到冷却的程度，即取决于流过传感器的空气量。当电桥电流增大时，信号取样电阻Rs上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转化为电压信号Us的变化。信号电压输入ECU后，ECU可根据信号电压的高低计算出空气流量的大小。,第二章 空气流量传感器,当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空尔流速低，空气量少；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，因此发热元件受到冷却的程度小，阻值减小的幅度小，所以电桥平衡需要的电流小，如图2-3所示，故信号取样电阻上的信号电压低。控制单元ECU根据信号电压即可计算出空气量。 当发动机负荷增大或空气为冷空气时，因为节气门开度增大，空气流速加快使空气流量增大；冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以茇热元件受到冷却的程度增大，阻值减小幅度大，保持电桥平衡需要的电流增大，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,三、新型的热膜式空气流量传感器 大众直喷发动机使用的是第6代热膜式（HFM6）空气流量计如图2-4所示。这种流量计安装在发动机的进气道内，与前一代一样，也是根据热量测量的原理来工作的。特点： 带有回流识别的微型传感器元件；具有温度补偿的信号处理；测量精度高；传感器稳定性好。,第二章 空气流量传感器,1）工作过程 空气流量计的传感器元件耸立在发动机吸入的气流中。一部分空气流经空气流量计的旁通气道。旁通气道内有传感器电子装置，该电子装置上集成有一个加热电阻和两个温度传感器。这两个温度传感器用来识别空气的流动方向： 吸入的空气首先经过温度传感器1如图2-5所示；从关闭的气门回流的空气首先经过温度传感器2如图2-6所示；与加热电阻合用，发动机控制单元就可计算出吸入空气中的氧含量。 2）信号应用 发动机控制单元用空气流量计信号来计算充气系数（容积效率）。根据充气系数，再考虑到值和点火时刻，控制单元就可以计算出发动机的扭矩。 3）信号中断的影响 空气流量计信号中断后，发动机管理系统会计算出一个替代值。,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,四、热膜式空气流量传感器检测方法 1.大众迈腾1.8TSI发动热膜式空气流量传感器G70检测 大众迈腾1.8TSI发动机使用是热膜式空气流量传感器G70，计量发动机的进气量，图2-6为传感器的插头，图2-7、2-8所示为该传感器与J519车载电网控制单元、ECU的连接电路。,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,（1）热膜空气各插头的端子说明： 1）TH5/5为空气流量传感器信号线，电压在05V之间变化。 2）TH5/4为搭铁线，在车身线束中B702中。 3）TH5/3为电源线，打开点火开关时，由点火开关15号线向J527向转向转向柱电子装置控制单元提供电源信号再向J519提供电源号，J519向J329提供电源继电器吸合，并经保险丝SC22（5A）向空气流量传感器提供蓄电池电压。 4）TH5/2为进气温度传感器信号线（温度低时电压高，温度高时电压低，如在20时电压在0.53V之间）。 5）TH5/1为电源信号线，由发动控制单元J623提供5V参电压。,第二章 空气流量传感器,（2）检测传感器的供电电压及信号电压 1）检测电源电压 关闭点火开关，拆下空气滤清器，打开点火开关，即置于“ON” 位置不起动发动机。用万用表的电压挡测量空气流量传感器插头中的TH5/3端子（正信号线）与TH5/4为搭铁线端子(负信号线)之间的电压值为蓄电池电压。然后用万用表测量插头TH5/5端子与TH5/4搭铁间的电压标准值应为5V如图2-10所示。,第二章 空气流量传感器,2）检测信号电压 关闭点火开关，拆下空气滤清器，打开点火开关，即置于ON位置不起动发动机。用万用表的电压挡测量空气流量传感器插头中的TH5/1端子（正信号线）与TH5/5端子（负信号线）之间的电压值。用+表笔插入空气流量传感器5号端子线束中， 表笔插入3号端子的线束中。然后用电吹风（冷风挡）向流量传感器空气入口吹气，观察信号电压的变化值。若信号电压不变化，说明空气流量传感器失效，应更换。标准值：2.04.0V。 （3）检测线束导通性（断路）) 关闭点火开关，拔下空气流量传感器的插头，拔下电控单元J623的线束连接器，用万用表检测插头TH5/1端子与ECU连接器的TH94ya/23端子间的电阻值，标准值应小于1。用万用表检测插头TH5/5端子与J623连接器的TH94ya/60端子间的电阻值，标准值应小于1。用万用表检测插头TH5/2端子与ECU连接器的TH94ya/65端子间的电阻值，标准值应小于1。,第二章 空气流量传感器,（3）检测线束导通性（断路）) 关闭点火开关，拔下空气流量传感器的插头，拔下电控单元J623的线束连接器，用万用表检测插头TH5/1端子与ECU连接器的TH94ya/23端子间的电阻值，标准值应小于1。用万用表检测插头TH5/5端子与J623连接器的TH94ya/60端子间的电阻值，标准值应小于1。用万用表检测插头TH5/2端子与ECU连接器的TH94ya/65端子间的电阻值，标准值应小于1。 （4）用诊断仪检测 用VAS5052诊断仪检测空气流量传感器信号，操作步骤如下： 输入地址码O1进入发动机测试，输入08读取测量数据组，输入组号02读取基本功能数据。 显示区域4即为进气空气质量，其标准值为2.04.5g/s。若小于2.Og/s，说明进气系统有泄漏；,第二章 空气流量传感器读,若大于4.5g/s，说明发动机负荷太大。偏离标准值可能是空气流量传感器或其线路有故障。如果空气流量传感器有故障，会出现故障码OO553-G70-空气流量传感器线路对地断路或短路。说明：进气温度传感器，作为内部计算进气温度，并且数据流不提供此数据，有故障时不一定报故障码（与发动机控制单元软件版本号有关）。 （5）输出信号的万用表电压法检测 在线路连接完好的情况下，使发动机怠速运转，利用背插法，用万用表电压挡测量端子TH5/5与地之间电压，在发动机怠速时应为1.4V，急加速时为2.8V，否则说明空气流量传感器计量有偏差。,第二章 空气流量传感器,五、热线式空气流量传感器结构 热线式空气流量计按其铂金热线安装位置的不同可分为主流测量方式及旁通测量方式两种如图2-14、2-15所示。主流测量方式热线式空气流量计由铂金热线、温度补偿电阻（冷线）、取样管、控制线路板、防护网及连接器组成。热线是一根直径约为0.07的铂金丝，它装在取样管内的支承环上，其阻值随温度变化而变化，当传感器工作时，它能被控制电路提供的电流加热到120 左右，因此称为热线；取样管由一个热线支承环和两个塑料护套组成，它置于空气流量计主空气道的中央，两端有防护网，防护网通过卡箍固定在流量计的壳体上；温度补偿电阻（冷线）安装在热线附近，且靠近进气口一侧，当传感器工作时，控制电路向其提供一个电流使其温度始终低于热线温度100 ，这样冷线温度可以起到参考标准的作用，,第二章 空气流量传感器,使进气温度的变化不会影响到热线测量进气量的精度；控制线路板上插座与发动机的ECU相连，用于输入信号。,第二章 空气流量传感器,二、热线式空气流量传感器的工作原理 热线式空气流量传感器的基本原理如图2-16所示。安装在控制电路板上的精密电阻RA和电桥电阻RB与热线电阻RH及温度补偿电阻RK组成了惠斯顿电桥。热线电阻RH放在进气道内，当进气气流流经它时，其热量被流过的空气吸收，使热线变冷，且空气流量增大时，被带走的热量也增加，热线式空气流量计就是利用热线与空气之间的这种热传递进行空气流量测定的。 混合集成电路A控制热线温度，当空气流过该热线时，由于空气带走热量使热线的电阻值发生变化，从而使惠斯顿电桥失去平衡。为了保持该电桥的平衡，必须提高电压，加大通过热线的电流，进而而使热线的温度升高，使原来的电阻值恢复。根据这一原理，通过控制电路，改变惠斯顿电桥的电压和电流，使热线损失的热量与电流加热热线产生的热量相等，并使热线的温度和其电阻值保持一致。这样通过热线电阻的电流便是空气流量的单一函数，也就是热线电流随空气流量的增大而增大，随空气流量的减小而减小。加热电流通过精密电阻RA产生的电压降作为电压输出信号输送给ECU，于是微机便可通过电压降的大小测得空气流量。,第二章 空气流量传感器,精密电阻RA为一个温度系数很低的金属薄电阻；温度补偿电阻RK用来对热线电阻的温度进行参照，使其温度差控制在100 左右，从而提高测量精度，它与电桥电阻RB的阻值都较高，这样能减少电能的损耗。 热线式空气流量计由于热线表面与空气直接接触，在使用一段时间后，热线表面易受空气尘埃玷污，其热辐射能力降低将会影响传感器的测量精度，因此控制电路设置有“自洁电路”以实现自洁功能。每当发动机熄火后，微机将控制自洁电路接通，将热线加热到1000 左右，并持续约1s的时间，从而将粘附在热线上的尘埃烧掉。另一种防止热线玷污的方法是将热线的保持温度提高，一般保持温度设在200 以上，以便烧掉粘附的污物,第二章 空气流量传感器,第二章 空气流量传感器,六、热线式空气流量传感器的检测 新款上海别克轿车采用的空气流量MAF传感器为热线式空气流量传感器，热线式MAF传感器使用热线电阻式元件，该元件与温度补偿电阻、精密电阻、电桥电阻及环境温度传感器共同组成惠斯登电桥。热线式MAF为三导线型，安装在进气歧管中，如图2-18所示，其插接器端子如图2-19所示，传感器与ECU的连接电路如图2-20所示。,第二章 空气流量传感器,对热线式空气流量传感器进行检测时，应主要检测空气流量传感器的输出信号电压。首先关闭点火开关，拔下传感器连接器。然后将点火开关转至ON，但不起动发动机。用数字万用表电压挡测量空气流量传感器信号端子和搭铁端子间的电压，即A端子与B端子间的电压，应为5V。当传感器输出电压正常时，可用吹风机向此传感器进气口吹风，其信号电压应随吹风量大小的变化而变化，且应符合标准规定值，否则，说明空气流量传感器已损坏，应当更换。,第二章 空气流量传感器,