空气流量计.docx
《空气流量计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空气流量计.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
空气流量计
理论教案首页
课程名称
发动机电控技术
课题
空气流量计
任课教师
张韬
授课日期
授课班级
0903
课时
4
总课时
72
教学方式
讲授（采用多媒体演示）
教学目的
1、了解空气流量计的分类
2、各种类型空气流量计的工作原理（结合视频）
重点
空气流量计的工作原理、检测方法
难点
学习掌握空气流量计的单体检测方法、就车检测方法
教学准备
工量具、仪器、教具
多媒体教室
机件、原材料
作业布置
无
小结
教学内容
教学方法
.
教学过程：
1、空气流量计MAF
空气流量计是最重要的传感器之一，用来检测吸入空气质量或体积。
吸入空气的质量或体积的信号用于计算基准喷射时间和基准点火提前角。
安装在空气滤清器和节气门之间的进气管上，以便测量进入发动机气缸的所有空气流量，并转换成电压信号送给发动机控制单元ECU;
2、空气流量计大体分为两种类型：
质量型空气流量计和体积型空气流量计。
两种类型包括各自不同的方式：
（1）、质量型空气流量计：
热线式空气流量计
构造：
右图质量型空气流量计是安装在进气道上的插入型，它使一部分气流进入检测区域。
用作传感器的一条铂热线和热敏电阻被安放在检测区域。
通过直接测量进气质量，检测
①
MAF传感器
进气处
冷金属线
热金属线
精度可以提高，并且几乎没有进气阻力。
而且，由于没有使用专门的机械，这种流量计有很好的耐久性。
图示的空气流量计也有一个嵌入式进气温度传感器。
工作原理:
空气质量流量（MAF）传感器使用一组电热丝感知组件以判断进入发动机的空气量。
空气流过电热丝造成降温。
电热丝保持在一定的温度，高于由冷却丝所测得的周围温度。
保持电热丝温度所需的电流与空气质量的流量成正比。
MAF传感器然后输出一个与空气质量流量成正比的模拟电压信号到ECM。
内部电路：
如图所示，在实际空气流量计，热线并入桥式电路。
桥式电路具有这样的特性：
当沿着对角线的阻值相等（[Ra+R3]·R1=Rh．R2）时，A点和B点的电位相等。
当热线（Rh）被吸入的空气冷却时，电阻值降低导致A点、B点产生电位差。
运算放大器检测到电位差并且施加电压给电路（增加热线（Rh）电流）。
这样热线（Rh）温度上升使热线阻值增大，直到A点和B点的电位相等（A、B电压升高）。
通过利用这种桥式电路的特性，空气流量计就可以通过检测B点电压来测量进气量。
（2）、体积型空气流量计
Ø叶片式流量计:
叶片式空气流量计由许多零件组成。
当空气从空气滤清器流入空气流量计，气流推动计量板。
当计量板压力与计量板回位弹簧力相等时，计量板就平衡在某一个位置。
与计量板轴向连接的电位计将吸入空气量转化成可以发送给发动机ECM的电压信号。
光学卡尔曼涡流式:
通过光电直接感应吸入空气量。
这既简化了进气道的构造，也减少了吸入空气阻力。
如果将一个物体放在气流通道内，在物体进气口便产生一个或多个涡流（卡特曼涡流）。
由于产生的卡特曼涡流的频率与空气流速成比例，气流容积就可通过测量涡流频率来计算。
涡流是这样被检测的：
通过把涡流的压力变化引向金属箔膜制成的反光镜表面，利用一对光敏付（发光二极管和光电晶体管）来检测反光镜的振动。
如下图所示进气量（KS）信号是一个脉冲信号。
当进气量低时，信号频率也低。
当进气量大时，信号就有很高的频率。
·
传感器
性能
热线式流量计
叶片式流量计
光学卡尔曼涡流式
优点
可检测质量流量
保有量大
输出信号的处理较简单；耐环境性好，精度较高
缺点
污浊会造成老化；因流速分布，废气管等原因装车位置受到限制
可动部分的老化引起特性变化，体积大
需要进行大气压修正
3、质量型空气流量计：
（热式）
热丝式与热膜式空气流量计都是直接检测发动机吸入空气的质量流量，两种传感器的检测原理完全相同
热丝式空气流量计的检测元件是铂金属丝
热膜式空气流量计的检测元件是铂金属膜
铂金属检测元件的响应速度很快，能在几毫秒内反映出空气流量的变化，因此测量精度不受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。
①、热丝式与热膜式空气流量传感器（AFS）主要由
发热元件（热丝或热膜）、
温度补偿电阻（冷丝或冷膜）、
信号取样电阻和控制电路等组成。
②、控制电路以及工作原理：
a.热线式空气流量计
热丝式空气流量传感器（AF）
结构特点：
传感器壳体两端设制有与进气道相连接的圆形连接接头，空气入口和出口都设有防止传感器受到机械损伤的防护网。
传感器入口与空气滤清器一端的进气管连接，出口与节流阀体一端的进气管连接。
♦因为进气温度变化会使热丝的温度发生变化而影响进气量的测量精度，所以在热丝附近的气流上游设有一只温度补偿电阻。
该温度补偿电阻相当于一只进气温度传感器，其电阻值随进气温度的变化而变化。
当进气温度降低（或升高）使发热元件的阻值减小（或增大）时，温度补偿电阻的阻值也会减小（或增大）。
这样温度补偿电阻的温度起到一个参考基准的作用，控制电路提供的电流将使温度补偿电阻的温度始终低于发热元件的温度120℃，使进气温度的变化不至于影响发热元件（热丝）测量进气量的精度。
b．热模式空气流量计
热膜式空气流量计是热丝式传感器的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属薄膜（厚约200nm）电阻器，故称为热膜电阻。
热膜电阻的制作方法是：
首先在氧化铝陶瓷基片上采用蒸发工艺淀积铅金属薄膜，然后通过光刻工艺制作成梳状图形电阻，将电阻值调节到设计要求的阻值后，在其表面覆盖一层绝缘保护膜，再引出电极引线而制成。
♦
热膜式流量传感器与热丝式相比，因为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膜，存在辐射热传导作用，因此响应特性略低于热丝式流量传感器。
C、热线式、热模式空气流量传感器的工作原理
♦利用热丝或热膜作为发热元件的空气流量传感器，其测量原理完全相同，下面将热丝与热膜统称为发热元件。
♦在空气质量流量计工作时，若无气流通过，加热区域两侧温度梯度呈对称分布，两个测量点温度一致。
当气流单向流过时，由于气流通过中心的加热区时被加热，从而与两侧热膜的热交换情况不同，使流量计中的两个传感元件测量点温度发生不同变化，产生温差。
温度差随着流量增大而增大。
温度差的大小和正负反映了空气质量流的流量和方向。
发热元件工作原理如图2-6所示。
内置的评估电路响应地将温差转化为电压信号输出。
3、恒温控制电路：
♦在恒温差控制电路中，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。
加热电流（50～120mA）由具有电流放大作用的控制电路A进行控制，其目的是使发热元件的温度TH与温度补偿电阻的温度TT之差保持恒定，即△T=TH-TT=120℃。
♦当空气气流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，使其温度高于温度补偿电阻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，特性曲线如图2-8所示。
信号电压输入ECU后，ECU便可根据信号电压的高低计算出空气质量流量的大小。
♦当发动机怠速或空气为热空气（如夏季行车）时，因为怠速时节气门全闭或接近全闭，所以空气量很小；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加热电流小，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。
♦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加热电流增大，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。
4、空气流量计的检测
热丝式空气流量计的信号是模拟信号，其信号波形如图2-10（a）所示,可用数字万用表直流电压档测量，也可用解码器检测显示直流信号电压。
热膜式空气流量计信号是数字频率信号，其信号波形如图（b）所示，应使用解码器检测显示数字频率信号，一般显示单位有g/s（克/秒）、hz（赫兹），也可用示波器显示信号波形。
5、举例：
1、大众车空气流量计的检测
大众车上采用的空气流量计是热膜式空气流量计。
以大众3000热膜式空气流量计为例，其电路见图2-11，输出信号是数字信号。
空气流量计连接器上有5个端子（见图2-12），由电源继电器给空气流量计端子2提供12V电源，端子1为进气温度传感器信号线，端子3、4、5分别为搭铁端子、5V电源端子、信号端子。
用K81检测空气流量计数据如表2-1所示：
2、通用别克君威：
♦通用别克君威车空气流量计检测
♦通用别克车采用热丝型空气流量计，如图2-13所示，由于在空气流量计内部装置了一个A/D转换器，所以其输出信号是数字频率信号。
♦
通用别克君威车空气流量计电路图如图2-14所示，用TECH2检测空气流量计数据如表2-2所示：
总结：
1、空气流量计的分类
2、热线式、热膜式空气流量计的结构
3、热线式、热膜式空气流量计的工作原理
板书
讲解
视频
PPT
升级会员 