标签： 汽车 电子 故障 诊断
项目04 | 空气流量计的检测 |
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一、目的和要求
1.了解空气流量计的结构与工作原理。
2.了解空气流量计故障对整个电控系统的影响。
3.掌握空气流量计的检测方法（电阻测试、电压测试、波形测试、数据流测试），工艺流程，
技术规范。
4.掌握空气流量计数据分析的方法。
二、实训课时
实训共安排1.5课时，其中辅导教师讲解0.5课时，学生实训、实验、填写检测报告1.0课时。《检测报告》作为考评时的主要依据，分数记入个人实训总成绩。
三、实训器材
1.工具：数字万用表，汽车示波器，家用电热吹风机，普通温度计，12V～5V变压器。
2.设备：桑塔纳AJR发动机故障实验台，优耐特汽车故障诊断中心，进口或国产故障诊断仪。
3.教具：STN—AJR发动机教学挂图一套，空气流量计解剖教具一只，测量用桑塔纳3000型轿车空气流量计8～10只。
四、原理与应用
空气流量计AFM（Air Flow Meter，AFM）是进气歧管空气流量计（Manifold Air Flow Meter，MAFM）的简称，又称为空气流量传感器（Air Flow Sensor，AFS），其功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控单元（ECU）以供计算确定喷油量。进气量信号是电控单元精确计算喷油量的主要依据，如果空气流量计发生故障，电控单元将启动备用模式，把空气流量值设定在5g/s，同时记录故障代码。此时将造成怠速不稳、发动机喘抖、怠速游车、怠速转速偏高、燃油脉宽增加、行驶费油、点火推迟、尾气排放恶劣等。
在多点燃油喷射系统中，根据检测进气量的方式不同，空气流量计又分为“D”汽车空气滤清器型（即压力型）和“L”型（即空气流量型）两种类型。字母“D”是德文“Druck（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。控制系统利用检测到的绝对压力与发动机的转速来计算吸入气缸的空气量，又称为速度/密度型燃油喷射控制系统。由于空气在进气歧管内流动时会产生压力波动，发动机怠速（节气门关闭）时的进气量与汽车加速（节气门全开）时的进气量之差可达40倍以上，进气气流的最大流速可达80m／s，因此，“D”型燃油喷射系统的测量精度不高，但控制系统的制造成本较低。字母“L”是德文“Luftmengen（空气）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。
由于采用直接测量的方法，因此进气量的测量精度较高，控制效果优于“D”型燃油喷射系统。当前各车型采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼板式、量芯式、涡流式）传感器和质量流量型（如热线式和热膜式）传感器。质量流量型传感器工作性能稳定、测量精度高、使用效果好，但制造成本相对“D”型要高。由于热膜式空气流量传感器内没有运动部件，因此没有流动阻力，而且使用寿命远远高于热线式流量传感器。
本次实训选用的是桑塔纳3000型超越者轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计（Air Flow Meter），安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。其核心部件是流量传感元件和热电阻（均为铂膜式电阻）组合在一起构成热膜电阻。在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在护套内还设有一个铂膜式温度补偿电阻，温补电阻设置在热膜电阻前面靠近空气入口一侧。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部，如图所示。
4-线束插座 5-混合电路盒 6-温度补偿电阻 7-外壳 8-金属滤网 9-导流格栅
1.空气流量测量原理 热膜式空气流量计的测量原理是：空气流量计内部电路连接成惠斯登电桥电路。热膜电阻Rh和温度补偿电阻Rt分别连接到电桥的一个臂上，电桥各个臂的电流由控制电路A控制。电桥电压平衡时，控制电路供给热膜电阻的电流Ih(Ih=50～120mA)使其温度Th保持恒定。（Th=120℃左右），供给温度补偿电阻的电流使热膜电阻的温度与温度补偿电阻的温度Tr之差保持恒定（△=T=Th—Tr=100℃左右）。当空气流经温度补偿电阻和热膜电阻，热膜电阻和温度补偿电阻受到冷却，温度降低，阻值减小。当热膜电阻的阻值减小时，电桥电压就会失去平衡，控制电路将增大供给热膜电阻的电流，使其温度保持恒定（120℃）。电流增加值的大小，取决于热膜电阻受到冷却的程度，即取决于流过流量传感器的空气量。当电桥电流增大时，取样电阻Rs上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转换为信号电压Us的变化。由于电阻为线性元件，因此取样电阻上信号电压Us将随空气流量的变化而呈线性变化，信号电压输入电控单元ECU后，ECU便可根据信号电压的高低计算空气流量的大小。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，所以空气流速低，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，热空气的质量小，因此热膜电阻受到冷却的程度小，电阻值减小少，保持电桥平衡需要的电流小，故取样电阻上的信号电压低。电控单元ECU根据信号电压即可计算出空气量，桑塔纳AT
、GSI型轿车怠速时的空气流量标准值为0.39g／s左右。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；而冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以热膜电阻受到冷却的程度增大，电阻值减小多，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。
2.温度补偿原理 当进气温度变化时，热膜电阻的温度就会发生变化，测量进气量的精度就会受到影响。设置温度补偿电阻后，从电桥电路上可以看出，当进气温度降低使热膜，电阻上的电流增大时，为了保持电桥平衡，温度补偿电阻上的电流相应增大，以保证热膜电阻的温度与温度补偿电阻的温度之差保持恒定，使传感器测量精度不受进气温度变化的影响。热膜式与热线式空气流量传感器的响应速度很快，能在几毫秒时间内反映出空气流量的变化，因此其测量精度不会受到进气气流脉动的影响（气流脉动在发动机大负荷、低转速运转时最为明显），此外还具有进气阻力小、无磨损部件等优点。热膜式传感器热膜的面积远比热线大，并与热电阻制作在一起，因此不会因沾染污物而影响测量精度。
电路接线图和插头端子如图所示。
检测条件与标准参数如下表所示
电压 | 线路侧 |
2脚～搭铁 | 12V |
4脚～搭铁 | 5V |
5脚怠速时 | 1.4V |
5脚急加速时 | 2.8V |
1脚空 | 4脚5V参考电压 |
2脚12V | 5脚传感器反馈信号 |
3脚ECU机内搭铁 | |
空气流量计各管脚定义
五、实训步骤
1.讲解：由辅导教师结合空气流量计实物、教学挂图、桑塔纳AJR发动机故障实验台、实车等讲解空气流量计的结构与工作原理，检测方法（电阻测试、电压测试、数据流测试），工艺流程，技术规范。（按照教学挂图、实物、实验台架和实车进行）。
2.演示：由辅导教师演示空气流量计实测。在空气流量计电器插头的针脚根部标有针脚号。
空气流量计5脚信号线与电脑13脚电阻测试 |
（1）电阻测试
空气流量计12V供电测试 |
本项目电阻测试为辅助性测试，主要是检测线束的导通性，以确认线束通畅，无断路短路，
插接器牢靠，各信号传递无干扰。测试在汽车微机控制故障检测诊断实验系统的发动机实验台上进行。
①线束导通性测试：将数字万用表设置在电阻200Ω档，在面板上按电路图到空气流量计图形下面的针脚号与ECU信号测试端口图相应的针脚号，分别测试空气流量计3、4、5号针脚对应至电控单元12、11、13号针脚的电阻，所有电阻都应低于5Ω。
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