实训项目 传感器检测.docx
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实训项目传感器检测
实训项目；空气流量传感器的检测
空气流量传感器的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单元（ECU），以供ECU计算确定喷油时间（即喷油量）和点火时间。
进气量信号是控制单元计算喷油时间和点火时间的主要依据。
一、实训目的和要求
1、掌握空气流量传感器的结构特性，了解其工作原理；
2、掌握空气流量传感器及其控制电路的检测方法（电阻检测、电压检测、波形检测等）；
3、掌握空气流量计数据分析的方法。
二、实训课时
实训共安排2课时。
三、器材工具
1、工具：
扳手、螺丝刀、电吹风、温度计。
2、设备：
桑塔纳AJR发动机故障实验台。
3、仪器：
数字万用表、金德K81故障诊断仪。
4、教具：
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2000Gsi型轿车空气流量计5只。
四、成绩评定
成绩评定的等级为优、良、中、及格和不及格。
五、实训原理
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”型（即压力型）和“L”型（即空气流量型）两种类型。
“D”型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。
“L”型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。
当前各个车型采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、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2000Gsi型轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计。
1、热膜式空气流量传感器的结构特点
桑塔纳2000GSi型轿车采用的热膜式空气流量传感器的结构如图1-1所示。
图1-1
在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套（相当与取样管），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，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻，如图1-2所示。
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。
与热丝式流量传感器相比，热膜电阻的阻值较大，所以消耗电流较小，使用寿命较长。
但是，由于其发热元件表面制作有一层绝缘保护薄膜，存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。
图1-2热膜式空气流量传感器内部元件示意图
2、热膜式空气流量传感器测量原理
通过控制发热元件温度ＴH与空气温度ＴG之差为一恒定值，就可根据发热元件的加热电流I求得空气气流的质量流量ＱM。
在热丝式与热膜式流量传感器中，采用了恒温差控制电路来实现流量检测。
恒温差控制电路如图1-3所示，发热元件电阻RH和温度补偿电阻（进气温度传感器）ＲT分别连接在惠斯登电桥电路的两个臂上。
当发热元件的温度高于进气温度时，电桥电压才能达到平衡，并由具有电流放大作用的控制电路A控制加热电流（50-120mA）来保持发热元件温度ＴH与温度补偿电阻温度ＴT之差保持恒定（即△T=ＴH-ＴT=120℃）。
当空气气流经发热元件使其受到冷却时，发热元件温度降低，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120℃。
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，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电压信号ＵS的变化。
输出电压与空气流量之间近似于4次方根的关系。
信号电压输入ECU后，ECU便可根据该信号的高低计算出空气质量流量ＱM的大小。
图1-3热膜式空气流量传感器电路原理
a）电路连接b）电桥电路
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，因此发热元件受到冷却的程度小，阻值减小幅度小，保持电桥平衡需要的电流小，如图1-4a所示，故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，捷达AT、GTX型轿车怠速时的空气流量标准值为2.0-5.0g/s。
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，所以发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，如图1-4b）所示，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。
图1-4热膜式空气流量传感器测量原理
a）怠速或热空气时b）负荷增大或冷空气时
3、温度补偿原理
当进气温度变化时，发热元件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（温度传感器）后，从电桥电路上就可以看出，当进气温度降低使发热元件上的电流增大时，为了保持电桥平衡，温度补偿电阻上的电流相应增大，以保证发热元件温度与温度补偿电阻温度之差保持恒定，使传感器测量精度不受进气温度变化的影响。
六、热膜式空气流量传感器的检测
1、桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器电路
图1-5
图1-5所示为桑塔纳2000Gsi轿车ARJ型发动机热膜式空气流量传感器电路，1脚空，2脚为12V，3脚为ECU内搭铁，4脚为5V参考电压，5脚为传感器信号。
在怠速时5脚电压为1.4V，急加速时电压为2.8V。
2、桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器电阻的测量
（1）线束导通性测试
将数字万用表旋转到电阻挡，按电路图找到空气流量传感器图形下面的针脚号与ECU信号测试端口图相应的针脚号，分别测试空气流量传感器3、4、5号针脚对应至电控单元12、11、13号针脚的电阻，所有电阻都低于0.5Ω。
（2）线束短路性测试
将数字万用表设置在电阻200KΩ挡，测量空气流量传感器针脚2与电控单元针脚11、12、13之间电阻应为∞。
测量空气流量传感器针脚：
3-11、13；4-12-13；5-11、12之间电阻均应为∞。
3、桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器电压的检测
（1）电源电压检测
打开点火开关，将数字万用表设置在直流电压20V挡，红色表针置于空气流量传感器针脚2，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，打开起动机时应显示12V；红色表针置于空气流量传感器针脚4，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，应显示5V。
（2）信号电压测量
信号电压测量分单件测量和就车测量。
①单件检测。
取一空气流量传感器总成部件，将蓄电池电压施加在空气流量传感器电器插座针脚2上，将5V电压施加在空气流量传感器电器插座针脚4上，将数字万用表设置在直流电压20V挡，测量空气流量传感器电器插座针脚3和针脚5，应由1.5V左右的电压；使用电吹风从空气流量传感格栅一段向空气流量传感器吹入冷空气或加热的空气，测量空气流量传感器电器插座针脚3和针脚，电压应顺势上升至2.8V回落。
若不能满足上述条件，可以判定空气流量传感器有故障。
②就车检测。
起动发动机至工作温度，将数字万用表设置在直流电压20V挡，测量空气流量传感器针脚5的反馈信号，红色表针置于空气流量传感器针脚5，黑色表针置于空气流量传感器针脚3、蓄电池负极或进气歧管壳体，怠速时应显示电压1.5V左右；急踩加速踏板时应显示2.8V变化。
若不符合上述变化，或电压反而下降，则在电源电压与参考电压完好的前提下，可以判定空气流量传感器损坏，必须进行更换。
4、学生进行桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机热膜式空气流量传感器的检测，并将测量的电压结果填入表中。
热膜式空气流量传感器各端子间的电压
端子
测量条件
标准电压/V
测量电压
2-搭铁
发动机运转
12
3-搭铁
发动机运转
5
5-3
怠速运转
1.5
加速运转
2.8
5、数据流测试
本项目的数据流测试是使用K81故障诊断仪，登陆发动机控制单元直接读取空气流量计的各项参数，测试条件是发动机在运行中并达到工作温度。
数据流的检测方法简便易行，数据直观准确，并能够随时观察到数据的动态变化，是当代汽车电子控制系统故障检测诊断的重要方法，也是当前汽车维修的一线紧缺技术。
数据应显示为在怠速下应为2.0～4.0g/s，如果小于2.0g/s说明进气系统有泄漏，如果大于4.0g/s说明发动机负荷过大。
七、实训报告
（二）节气门位置传感器
本次实训采用的是皇冠3.0轿车2JZ-GE型发动机用综合式节气门位置传感器。
如图3所示。
它由一个电位计和一个怠速触点组成。
综合型节气门位置传感器与电控单元ECU的连接方法如下图4所示，传感器内电阻r的两端一直加有ECU输送来的5V电压，动触点a根据节气门开度的状况在电阻r上滑移，由此改变ECU的VTA端子的电压。
这一电压信号经A/D转换器变成数字信号，再输入到计算机中去。
从图中可以看出，传感器通过VTA电阻R2端子E2端子相连，但是因为R1、R2都大于r，所以电流的流经途径是VC端子→电阻r→E2端子，VTA端的电位并不受电阻R1、R2的影响。
当节气门全闭时，触点闭合，IDL端的电位为0，这样就把节气门全闭的这一情况通知了计算机。
收到VTA端子、IDL端子传来的信号之后，计算机根据这些信号判断出车辆的行驶状态，再决定进行过渡时期空燃比修正，或是输出增量修正，或是切断油路，或是进行怠速稳定修正。
图3综合式节气门位置传感器构造
图4节气门位置传感器连接电路
1、传感器的电阻检测
拔下此传感器的导线插头，用塞尺测量节气门限位螺钉与止动杆间的间隙（用手拨动节气门，用欧姆表测量此传感器导线插孔上端子间的电阻，其电阻值应符合下表所示的规定。
VTA-E2端子间电压值随节气门开度的增大，电阻值成正比增加，而且不应出现中断现象。
节气门位置传感器上各端子间电阻值
限位螺钉与止动杆间隙/mm
端子名称
电阻值/kΩ
0
VTA-E2
0.34～6.3
0.45
IDL-E2
0.5或更小
0.55
IDL-E2
∞
节气门全开
VTA-E2
2.4～11.2
VC-E2
3.1～7.2
2、传感器的电压检测
当点火开关置于“ON”位置时，用电压表测量VC-E2、IDL-E2、VTA-E2端子间的电压值，应符合表所示电压值，如不符，则应更换节气门位置传感器。
节气门位置传感器各端子电压
端子
条件
标准电压/V
IDL-E2
节气门开
9～14
VC-E2
—
4.0～5.5
VTA-E2
节气门全闭
0.3～0.8
节气门全闭
3.2～4.9
（三）进气温度传感器
进气温度传感器的功能是检测进气温度，并将温度信号转换为电信号输入发动机电控单元。
进气温度信号是多种控制功能的修正信号，包括燃油脉宽、点火正时、怠速控制和尾气排放等，若进气温度传感器信号中断，将导致发动机热起动困难，燃油脉宽增加，尾气排放恶化。
在汽车上常采用负温度系数热敏电阻的进气温度传感器，进气温度传感器与ECU的连接电路如图5所示。
进气温度传感器内的热敏电阻随着进气温度变化时，ECU通过THA端子测得的分压值随之变化，ECU根据分压值来判断进气温度。
电路图如图6所示。
图5进气温度传感器
图6进气温度传感器电路图
1、进气温度传感器的电阻检测
单件检查时，点火开关置于“OFF”，拔下进气温度传感器导线连接器，并将传感器拆下，用电热吹风器、红外线灯或热水加热进气温度传感器；用万用表Ω档测量在不同温度下两端子间的电阻值，将测得的电阻值与标准数值进行比较，如果与标准值不符，则应更换。
2、进气温度传感器的输出信号电压值检测
当点火开关置于“ON”位置时，ECU的THA端子与E2端子间或进气温度传感器连接器THA和E2端子间的电压值在20℃时应为0.5～3.4V。
（四）冷却液温度传感器
冷却液温度传感器的功用是给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制修正信号。
一般安装在气缸体水道或冷却水出口处。
冷却液温度传感器下图7所示。
冷却液温度传感器内的热敏电阻随着冷却液温度变化时，ECU通过THW端子测得的分压值随之变化，ECU根据分压值来判断冷却液温度。
冷却液温度传感器与ECU的连接电路如图8所示。
图7冷却液温度传感器
图8冷却液温度传感器电路图
1、冷却液温度传感器的电阻检测
A.就车检查
点火开关置于“OFF”位置，拆卸冷却液温度传感器导线连接器，用数字式高阻抗万用表Ω档，按图所示测试传感器两端子（丰田皇冠3.0为THW和E2，北京切诺基为B和A）间的电阻值。
其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1kΩ。
B.单件检查
拔下冷却液温度传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器；将该传感器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表Ω档测量在不同水温条件下冷却液温度传感器两接线端子间的电阻值，如图所示。
将测得的值与标准值相比较。
如果不符合标准，则应更换冷却液温度传感器。
丰田皇冠3.0车冷却液温度电阻检测标准
温度（℃）
电阻值（kΩ）
0
20
40
60
80
6
2.2
1.1
0.6
0.25
2、冷却液温度传感器输出信号电压的检测
装好冷却液温度传感器，将此传感器的导线连接器插好，当点火开关置于“ON”位置时，从冷却液温度传感器导线连接器“THW”端子（丰田车）或从ECU连接器“THW”端子与E2间测试传感器输出电压信号（对北京切诺基是从传感器导线连接器“B”端子或从ECM导线连接器“2”端子上测量与接地端子间电压）。
丰田车THW与E2端子间电压在80℃时应为0.25～1.0V。
所测得的电压值应随冷却液温成反比变化。
（五）凸轮轴/曲轴位置传感器
以丰田公司电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器为例。
丰田公司TCCS系统用电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器安装在分电器内，其结构如图所示。
该传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号，都有是利用带有轮齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势，再将它放大后，送入ECU。
图9丰田公司电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器
图10凸轮轴/曲轴位置传感器电路图
Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转子（No.2正时转子）及固定于其对面的感应线圈产生（如下图（a）所示）。
当转子旋转时，轮齿与感应线圈凸缘部（磁头）的空气间隙发生变化，导致通过感应线圈的磁场发生变化而产生感应电动势。
轮齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化，所以，每个轮齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。
No.2正时转子上有24个齿。
故转子旋转1圈，即曲轴旋转720°时，感应线圈产生24个交流电压信号。
Ne信号如下图（b）所示，其一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角。
更精确的转角检测，是利用30°转角的时间由ECU再均分30等份，即产生1°曲轴转角的信号。
同理，发动机的转速由ECU依照Ne信号的两个脉冲（60°曲轴转角）所经过的时间为基准进行计测。
G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置，相当于日产公司磁脉冲式凸轮轴/曲轴位置传感器的120°信号。
G信号是由位于Ne发生器上方的凸缘转轮（No.1正时转子）及其对面对称的两个感应线圈（G1感应线圈和G2感应线圈）产生的。
其构造如图所示。
其产生信号的原理与Ne信号相同。
G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。
G1、G2信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。
由于G1、G2信号发生器设置位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好达到上止点（BTDC），而是在上止点前10°的位置。
1、凸轮轴/曲轴位置传感器的电阻检查
点火开关置于“OFF”位置，拔开凸轮轴/曲轴位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻档测量凸轮轴/曲轴位置传感器上各端子间的电阻值。
如果阻值不在规定的范围内，必须更换凸轮轴/曲轴位置传感器。
凸轮轴/曲轴位置传感器的电阻值
端子
条件
电阻值（Ω）
G1-G-
冷态
热态
125～200
160～235
G2-G-
冷态
热态
125～200
160～235
Ne-G-
冷态
热态
155～250
190～290
“冷态”是指-10℃～50℃，“热态”是指50℃～100℃。
2、凸轮轴/曲轴位置传感器输出信号的检查
拔下凸轮轴/曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压档检测凸轮轴/曲轴位置传感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。
如没有脉冲电压信号输出，则须更换凸轮轴/曲轴位置传感器。
3、感应线圈与正时转子的间隙检查
用厚薄规测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙，其间隙应为0.2～0.4mm。
若间隙不合要求，则须更换分电器壳体总成。
（六）喷油器
喷油器的作用是根据ECU指令，控制燃油喷射量。
按喷油口的结构不同，喷油器可分为轴针式和孔式两种。
喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀和衔铁制成一体。
如图11所示。
图11喷油器的构造
1、简单检查方法
发动机工作时，用手触试或用听诊器检查喷油器开闭时的振动或声响，如果感觉无振动或听不到声响，说明喷油器或电路有问题。
发动机热车后怠速运转时，用旋具（螺丝刀）或听诊器（触杆式）接触喷油器，通过测听各缸喷油器工作的声音（如图所示）来判断喷油器是否工作。
在发动机运转时应能听到喷油器有节奏的“嗒嗒”声——这是喷油器在电脉冲作用下喷油的工作声。
若各缸喷油器工作声音清脆均匀，则各喷油器工作正常；若某缸喷油器的工作声间很小，则该缸喷油器的工作不正常——可能是针阀卡滞，应作进一步的检测；若听不见某缸喷油器的工作声音，则该缸喷油器不工作，应检查喷油器及其控制线路。
2、喷油器电阻检查
拆开线束连接器，用万用表测量喷油器两端子之间的电阻。
高阻值喷油器电阻为13～16Ω，低阻值喷油器电阻为2～3Ω。
否则应更换。
3、喷油器滴漏检查
可在专用设备上检查，在1min内喷油器滴油超过1滴油，应更换喷油器。
图12喷油器清洗仪
4、喷油量检查
可在专用设备上进行检查，喷油器通电后喷油，用量杯检查喷油器的喷油量。
每个喷油器应充重复检查2～3次，各缸的喷油量和均匀度应符合标准，否则应清洗或更换。
低阻喷油器必须串联一个8～10Ω电阻后进行检查。
一般喷油量为50～70mL/15s，各缸喷油器的喷油量相差不超过10％。
（七）学生操作
按指导教师示范的方法步骤，实际练习至少一次。
（八）考核
1．采用点名抽查、举手问答或单独回答的方式，由学生口述某个传感器或执行器的结构原理、工作过程、检修流程、工艺规范与标准参数。
2．主要依据学生填制的《检测报告》确定实训分数。
（九）教学延伸：
1.由辅导教师介绍其他类型传感器或执行器的工作原理，结构特点。
2.比较各类传感器之间的优劣。
3.由辅导教师结合现有其它型号的发动机实验台，介绍欧、美、亚各国典型发动机采用的空气流量计的类型与特点。
五、注意事项
1．传感器是精密电子器件，要轻拿轻放，避免传感器掉在地上摔坏内部电路和元件。
2．使用电热吹风机加热元件是注意不要将出风口离传感器太近，以免烫坏零部件。
防止烫伤手指、衣物和其它实验设备。
3．上实验台测试电压信号时，注意操作流程和相对应的测试端口。
原则上只做本次实验相关的测试，其它无关的部位不要测试，否则按原理不清或看不懂电路图扣分。
4．在实物台架上，测试端口与电控单元直接相连，不要将任何电压加在发动机实验台的测试端口上，以免损坏电控单元。
六、实训小结
升级会员 