电控发动机缸内直喷技术.docx

电控发动机缸内直喷技术.docx

《电控发动机缸内直喷技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电控发动机缸内直喷技术.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电控发动机缸内直喷技术

缸内直喷发动机

任务目标

1.缸内直喷发动机的特点

2.缸内直喷发动机燃油系统

学习目标

1.掌握缸内直喷特点

1.掌握缸内直喷燃油系统

FSI是Fuel Stratified Injection的字母简写，中文意思是燃料分层喷射技术，它代表着今后引擎的一个发展方向。

FSI发动机，就是“缸内直喷发动机”，“直喷式汽油发动机”。

  它最大地优化了进气混合效率，使高效节油和大功率输出不再矛盾。

大众FSI增加了火花塞点燃式发动机的扭矩和输出，同时增加了15%的经济性，为降低排放奠定了基础。

与常规的点燃式发动机相比，FSI可将燃油直接喷入燃烧室，降低了发动机的热损失，从而增大了输出功率并降低了燃油消耗。

1.缸内直喷发动机的特点

传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮轴位置以及发动机各相关数据从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。

汽油在歧管内开始混合，然后再进入到汽缸中燃烧。

空气跟汽油的最佳混合比是14.7/1（也叫理论空燃比），传统发动机由于汽油跟空气是在进气歧管内混合，所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性。

但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，这就让理论空燃比很难达到。

现代汽油机的这种“进气道喷射喷射”系统仍没有从根本上完全摆脱传统的混合汽外部形成方式，并依然存在冷启动时和暖机期间HC排放高的问题。

汽油缸内直接喷射从油气混合机理上可以解决上述变工况（如车辆加速时）和冷启动时油气混合不足的问题。

早期的缸内直喷式汽油机因喷射技术水平的限制，喷雾油滴的直径约为80 um。

随着汽油喷射技术的进步，现代缸内直喷式汽油机应用的汽油泵的供油压力已达到5～12MPa。

又采用带旋流的喷油嘴，雾化性能得以提高，喷雾的油滴直径约为20um。

常压下的贯穿度约为100mm。

因而汽油的蒸发和与空气的混合可主要依靠喷雾来实现，再加上缸内空气运动的辅助，变工况（如车辆加速时）和冷启动时不再需要过量喷油，冷启动喷油量得以大大减少，有害物排放也将大为降低。

同时，由于汽油直接喷入汽缸内，消除了进气道喷射时形成壁面油膜的弊病。

特别是在发动机尚未暖机的状态下，因而能改善变工况时对空燃比的控制，不但能改善车辆的加速响应性，而且还能降低此时的有害物排放。

高压喷油嘴是直接向气缸内喷射燃油的。

而传统发动机的喷油嘴则安排在了 进气道中。

这就是缸内直喷的最明显特征。

缸内直喷发动机燃烧室结构

2.缸内直喷发动机混合气形成的原理

理论上，FSI发动机有至少两种燃烧模式：

分层燃烧和均质燃烧，有人还把均质燃烧模式细分为均质稀燃模式和均质燃烧模式。

从FSI所代表的Fuel Stratified Injection含义上看，分层燃烧应该是FSI发动机的精髓与特点，不过也可以理解为它的研发起点和基础。

1）分层燃烧

分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。

分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和碳罐等装置）。

这时，发动机的扭矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。

分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。

进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻版，翻版向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与活塞顶配合，相成进气涡旋。

分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。

混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状态了。

分层燃烧的空燃比一般在1.6-3之间。

点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。

点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。

2）均质稀燃

均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。

均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有很好的燃油经济性。

均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，油气混合时间加长，形成均质混合气（如图2-4）。

燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。

均质稀燃的空燃比大于1。

3）均质燃烧

均质燃烧则能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。

均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，进气歧管中的翻版位置视不同情况而定（如图2-5）。

当中等负荷时，翻版依然是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。

当高速大负荷时，翻版打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。

均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃模式基本一样。

均质燃烧情况下空燃比小于或等于1。

以上三种燃烧状态是FSI发动机特有的燃烧控制模式，但其中有些方面还停留在理论优势方面。

现在奥迪在全球发布的FSI发动机还都采用均质燃烧模式，这不是说分层燃烧不可实现，而只是说分层燃烧实施的成本或时机还不成熟。

主要表现在分层燃烧用稀混合气，提高了缸内温度也提高了氮氧化物这样的有害排放物。

对于稀混合气，普通的三元催化器很难把氮氧化物转换干净，那么需要额外的降低氮氧化物的催化转换器，无疑加重了空间和成本的负担。

另外，现阶段高硫含量的汽油对此催化器损害很大，因此还有改造炼油设备，提升燃油品质的成本。

没有了分层燃烧会不会让FSI发动机的原有优势荡然无存？

答案是否定的。

即使没有应用分层燃烧，FSI发动机还有能提升压缩比，降低燃烧残油量的特点。

FSI发动机采用缸内直喷，汽油在缸内蒸发产生内部冷却效果，这样就降低了爆震的可能性，可适当提升压缩比。

而进气涡旋与气门正时的配合能使没燃烧的残油得到良好的再利用。

这样，FSI发动机仍能在提高动力，降低油耗方面有较大的作为。

3.缸内直喷发动机燃油喷射系统的结构

1）系统概述

燃烧系统的设计与燃油喷射系统、排气后处理以及发动机的电子控制一起构成了现代缸内直喷式汽油机的核心技术，而先进的电控喷射系统是发动机能在不同模式下运行并在分层燃烧与均质燃烧之间平顺转换的基础。

同时，只有使燃油的压力产生过程与喷射过程脱钩并采用电子控制技术，才可能达到为此所，必需的调节范围和调节速度。

现代缸内直喷式汽油机典型的系统布置示意图，主要有进气系统、喷油系统、点火系统、排气后处理系统和电子控制系统等五大系统，所用的传感器和执行部件大体上与进气道喷射汽油机相似，但为适应缸内直喷式汽油机工作原理的特点而有所不同。

图7-2中示出了采用Bosch公司Motronic MED7电控汽油缸内直接喷射系统的主要部件。

这种高压喷油系统是一种共轨蓄压式喷射系统，因此燃油能够按电控单元的指令在任何时刻以所需要的压力由电控喷油器精确计量并直接喷八汽缸，而所要求的发动机输出扭矩值（即负荷大小）是由司机根据行驶的需要踩下或松开加速踏板模块，通过其中的“油门”位置传感器发出的电信号通知电控单元来调节喷油量而实现的（即所谓的扭矩控制方式，将在电子控制系统章节予以介绍）。

为了使发动机能够实现分层燃烧与均质燃烧两种运行方式，必须将进气量调节与加速踏板调节（负荷调节）分开，以便能够在低负荷工况时节气门全开，实现发动机无节流运行，而在高负荷工况时又能用节气门来调节进气空气量。

进气空气质量可由电子节气门（EGAS）自由调节，并应用热膜空气质量流量计来精确测量汽缸吸入的空气质量。

而混合汽控制由一个普通的宽带λ传感器来实现，用于进行λ=1的均质运行或分层稀薄运行调节以及吸附式降NOx催化器再生的精确控制（可参见电子控制系统章节）。

为了降低发动机的NOx原始排放，应尽可能采用高的废气再循环（EGR）率，因此在热力循环中废气再循环的精确调节是特别重要的，采用一个进气管压力传感器来进行废气再循环的测量。

下文以应用Bosch公司电控缸内直接喷射系统的机型为例来介绍各相关系统的基本结构及特点。

缸内直喷发动机燃油喷射系统的结构

2）进气系统

现代缸内直喷式汽油机的进气系统包括热膜空气质量流量计、电子节气门（EPC）、进气管压力传感器、废气再循环（EGR）阀和进气歧管风门转换装置等。

其中前四种部件早已在电控进气道喷射汽油机上被人们所熟悉，在此只重点介绍缸内直喷式汽油机所应用的进气歧管风门转换装置。

进气歧管风门转换装置

（1）进气歧管风门转换装置工作原理 

发动机控制单元监测到发动机转速达到3000转/分钟时就操纵进气歧管风门气流控制阀N316工作，打开真空储气罐至真空执行元件的通道。

接着，真空执行元件驱动进气歧管风门。

进气歧管风门转换装置设有位置传感器用于识别进气歧管风门的位置并且将此位置信号传送给发动机控制单元。

这是必要的，因为进气歧管风门转换装置会影响点火时刻，残余气体浓度和进气歧管的脉冲动作。

所以，进气歧管风门的位置与废气排放有关系并且必须由自诊断进行检查。

（2）进气歧管风门的位置变化 

在分层充气模式、均质稀薄充气模式和部分均质充气操作状态，进气歧管的位置改变了从而使得气缸盖中的下部管道被关闭。

这样，进气仅通过上部管道流入气缸中。

管道的设计结构使得进气能够被导入气缸中，狭窄的上部管道使得进气流量增加从而加快混合物的形成。

进气歧管风门的位置变化

结构优点

①在分层充气模式中，可转向空气流的运动把燃油传送至火花塞，在引导被传送至火花塞的过程中，形成了空气、燃油混合物； 

②在均质稀薄充气模式和部分均质充气操作状态下，可转向空气流阻碍混合物的开成。

这样就确保了极高的点燃性能和空气、燃油混合物的稳定燃烧，并且也允稀薄运行。

（3）进气歧管风门位置不改变

在均质充气模式中当发动机的负载和转速较高时，进气歧管风门的位置不发生变化，这时两个管道都处于打开状态。

进气管道的较大截面积使得发动机能吸入产生高扭矩和高输出功率所必需的空气量。

进气歧管风门位置不改变

3）喷油系统

现代缸内直喷式汽油机对喷油系统提出的主要要求是，必须将燃油的压力产生过程与计量喷射过程完全脱钧，使其能够自由选择喷油时刻和可变的喷油压力。

蓄压共轨式喷油系统具有很大的控制自由度，可以最好地满足这些要求，能够在任意一个时刻通过电控喷油器将存储在共轨中达到运行工况所要求压力的燃油精确计量直接喷人燃烧室。

首先由燃油箱内的低压电动燃油泵供油模块产生0.35～0.40MPa的初级输油压力。

按需要向由发动机直接传动的高压燃油泵供油，它可将燃油共轨中的燃油压力最高提高到12MPa。

喷油器直接连接在燃油共轨上，由电控单元发出的控制信号（喷油脉冲，其宽度即通电持续时间）来确定喷油始点和喷油量。

共轨中的燃油压力由燃油压力传感器采集。

并由同样安装在共轨上的燃油压力调节器调节到喷油脉谱图所规定的压力值。

燃油压力调节器根据负荷状况调节共轨通往回油管路的通道截面，以控制回油量。

但这些多余的燃油量并不是返回到燃油箱，而是直接返回到高压燃油泵的进油口。

这样就能够尽可能减少高压燃油泵的能量消耗。

有利于降低燃油耗。

并能减少对燃油箱中燃油的加热，以避免加重燃油箱通风系统的负担。

（1）低压输油泵

现代缸内直喷式汽油机的低压输油泵通常采用与进气道喷射汽油机一样的电动燃油泵。

大众公司新的1.4L/1.6L-FSI直喷式汽油机采用了一种可调节供油量的电动燃油泵。

为此在低压进油油路中安装了一个压力传感器，根据此压力信号发动机电控单元控制电动燃油泵只供应实际所必需的燃油量，以保持0.40MPa的初级输油压力。

而不再有多余的燃油回流到燃油箱。

这不仅避免了油箱中燃油温度的升高，而且减少了电功率消耗（约50％），有利于降低燃油耗。

同时，还具有改变低压进油压力的可能性。

在易发生汽阻危险的运转范围内（例如热启动），低压进油压力能够在短时间内从0.4MPa提高到0.5MPa。

以有利于消除可能发生的汽阻现象而顺利热启动。

（2）高压燃油泵

现代直喷式汽油机高压燃油泵的任务是将燃油压力由0.35～0.40MPa的初级输油压力提高到12MPa，甚至最高达20MPa。

并要求泵油流量变化小，以减小共轨中的压力波动。

并应避免燃油与机油混合。

 首先应根据发动机的要求合理确定高压燃油泵的排量。

高压燃油泵应具备比发动机全负荷喷油量要求的最小供油量更大的泵油量。

以满足实际运转中动态压力变化的需要

4）燃油共轨

燃油共轨是一种管状铸铝件，并具有与高压燃油泵、喷油器、燃油压力调节阀和燃油压力传感器连接的接头考虑到燃油的可压缩性和填充共轨容积所需要的时间，其蓄压容积的设计应遵循这样的准则：

一方面要求具有较大的蓄压容积。

以便能抑制向喷油器周期性供油而引起的压力波动以及高压泵供油的波动性，尽量保持共轨燃油压力的平稳；另一方面又要求具有尽量小的蓄压容积，以便共轨压力能够足够迅速地建立起发动机运转所需要的燃油压力。

5）共轨压力调节器

其任务是在发动机整个运转范围内按照脉谱图的规定值来调节共轨压力，而与高压燃油泵的供油量和喷油器的喷油量无关。

这是通过调节其节流阀和阀座之间的横截面积控制回油体积流量来实现的。

由于作用在节流阀上的电磁线圈激励的电磁力与液压力保持着动态平衡，所以共轨压力和励磁电流之间存在着直接关系，可采用脉宽调制信号来控制电磁线圈中的励磁电流。

从而达到调节共轨压力的目的。

由于这种方式产生的磁性衔铁的强迫振动没有摩擦力，并且能几乎无滞后地动作，因而具有非常高的燃油共轨压力调节精度。

6）共轨压力传感器

共轨压力传感器（如图2-5所示装在燃油共轨的侧面）用于测量共轨中的燃油压力，其中焊有一片贵金属簿膜作为传感元件，在它上面应用薄膜技术制有测量电阻，通过传感器壳体中的专用集成电路上集成的平衡电路、补偿电路和计值电路，即可输出与共轨燃油压力相对应的电信号。

7）点火系统

现代缸内直喷式汽油机的点火系统普遍采用分缸独立高能点火系统，各缸的高能点火线圈直接与火花塞相连。

与现代先进的进气道喷射汽油机无异，但是对火花塞提出了比进气道喷射汽油机更高的要求：

（1）高的耐热性能：

为了实现分层燃烧，混合汽应有足够的时间暴露在火花塞触点周围，点火点应尽量深入到易于点燃的足够浓的混合汽区域，并且为了保证稳定可靠地点燃，火花塞电极周围处于着火界限内的混合汽区域应足够大，因此缸内直喷式汽油机的火花塞要位于燃烧室较深的部位，其端部的温度也要比进气道喷射汽油机更高，因而必须具有更高的耐热性能。

为了使火花塞能够更好地散热，采用以下措施：

①采用突出的金属壳来降低接地电极的温度；

②采用铜芯接地电极来传热。

（2）高的抗积炭性能：

分层燃烧时，较浓的混合汽集中在火花塞周围，特别是油束引导的分层燃烧过程喷射的油束会直接碰撞到火花塞，导致火花塞更容易积炭，这将会降低火花塞的绝缘性能而引起漏电，从而导致火花塞不点火，因此缸内直喷式汽油机用的火花塞应具有自洁能力和高的抗积炭性能。

为此，采用以下措施来提高火花塞的抗积炭性能：

①采用直径较小的直形绝缘体末端改善自洁能力；

②减小火花塞间隙防止积炭；

③采用两段直径中心电极来改善自洁能力。

（3）高的点火性能和耐久性：

为了实现分层稀燃，必须确保在稀混合汽中稳定可靠地点火，因此要求火花塞具有高的点火能量和较长的火花持续时间，并用铱合金的触点来提高火花塞的耐久性。

燃油控制系统传感器

任务目标

1.了解各种传感器对燃油系统的作用

学习目标

掌握传感器对燃油系统的作用

现代电控发动机的电子控制系统通过接收各个传感器的信号，进行加工和分析，由电子控制单元做出决策，输出控制信号至执行元件，从而精确控制整个发动机的正常运行。

燃油控制系统的传感器主要包括凸轮轴位置传感器（CMP），曲轴位置传感器（CKP），发动机冷却液温度传感器（ECT）,进气温度传感器（IAT）,进气歧管绝对压力传感器（MAP），加热型氧传感器（HO2S）等。

1.凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器的作用是判断某缸（一般为一缸）的位置，电脑据此信号和曲轴位置信号确定各缸喷油正时、点火正时和智能可变气门正时系统的控制。

下面以丰田3S-FE发动机为例进行说明。

（如图7-6）

凸轮轴位置传感器

1）安装位置

安装在缸盖的后部

2）结构组成

主要由信号盘和感应线圈等组成。

（如图2-9）信号盘共有3个齿（每齿间隔90°，应为4个齿，270°缺失1个齿代表1缸，3个齿代表其余3个缸）感应线圈由铜线绕组和永久磁铁等组成。

3）工作原理

凸轮轴位置传感器属于电磁感应式传感器，当凸轮轴旋转时，信号盘也随之旋转，信号盘轮齿相对感应线圈的位置发生变化，引起通过感应线圈的磁场发生变化。

由于曲轴转动两圈，凸轮轴转动一圈，在凸轮轴位置传感器内产生3次电压信号（波形如图7-7所示），ECU根据此信号确定凸轮轴的位置。

凸轮轴位置传感器的标准波形

4）检测参数

电阻；835-1400Ω（冷态）；1060-1645Ω（热态）。

电压怠速为2V左右，其值随着转速的升高而升高。

2.曲轴位置传感器

曲轴位置传感器也称发动机转速传感器，它有检测曲轴位置和转速两个功能。

首先，电脑根据它和凸轮轴位置传感器配合可以更精准的计算出发动机活塞气门运转的位置状态，更精准的计算喷油和点火时刻；其次，电脑可以根据它计算发动机的转速，与空气流量计算出基准的喷油量。

下面以丰田3S-FE发动机为例进行说明。

曲轴位置传感器

1）安装位置

安装在正时链条盖下端，对准曲轴前端的信号盘。

2）结构组成

主要由信号盘和感应线圈等组成。

（图7-8）信号盘共有30个齿（每齿间隔10°，应为36齿，即代表曲轴的360°，因0°前后各缺失2个齿，180°前缺失2个齿，故只有30个齿）。

曲轴位置传感器的标准波形

3）工作原理

凸轮轴转动一圈，在凸轮轴位置传感器内产生3次电压信号（波形如图7-9所示），ECU根据此信号确定凸轮轴的位置。

曲轴位置传感器属于电磁感应式传感器。

当曲轴旋转时，信号盘也随之旋转，信号盘轮齿相对感应线圈的位置发生变化，引起通过感应线圈的磁场发生变化。

当轮齿的齿顶接近线圈时，气隙变小，磁路的磁阻变小，磁通增大；当磁顶对准线圈时，磁通达到最大值；当轮齿离开线圈时，磁通开始下降。

这样信号盘的每个轮齿都会引起线圈内磁通由零变到最大，又由最大变到零的周期性变化，从而在感应线圈里产生一个类似正弦波的感应电动势输出（如

图7-9所示。

把上述输出信号经整形，放大后输入发动机电脑（ECU）。

发动机每转一圈感应线圈产生30个信号。

ECU根据这些信号计算出曲轴位置和发动机转速。

4）检测参数

测量传感器的端子1和2，电阻；1630-2740Ω（冷态）；2065-3225Ω（热态）测量ECU端子N1+和n1-之间电压，应为4V左右（怠速），其值随着转速的增加而升高。

3.进气检测设备

进气量检测设备有两种，一种是检测空气流量成为L型，另一种是检测节气门后方进气的压力，称为D型。

空气流量型又分为检测体积性和检查质量型。

1）空气流量传感器

（1）体积型空气传感器

体积型空气传感器是通过检测空气流量的体积来检测进气量的，由于空气的体积受到大气的密度和温度影响，因此，电脑据此计算喷油量时要进行修正。

①翼片式空气流量计（如图7-10所示）

发动机工作时，空气通过空气流量计并推动测量翼片偏转，使其开启。

翼片开启大小取决于空气气流对翼片的推力与复位弹簧力的平衡状况。

当气流推动与测量翼片平衡时，测量翼片便停留在某一位置上，进气量越大，测量翼片开启的角度也越大。

销轴上连着一个电位计，它把翼片开启角度的变化（即进气量的变化）转换成电信号输送到ECU（发动机电脑），ECU再根据进气温度传感器的信号进行修正，即可测出实际的进气流量。

翼片式空气流量计

缓冲室和缓冲片用于衰减加速或减速时引起的测量翼片摆振，使电位计能准确的检测进气流量，防止进气管内气流的脉动引起误差。

进气通道旁还有一个旁通空气道，旁通空气道上设有怠速混合气调整螺钉（也称CO调整螺钉）用于调整混合气的浓度。

空气流量计上还设有电动汽油泵开关，当发动机运转时，翼片偏转，使开关触点闭合，电动汽油泵电路才接通。

②卡门涡旋式空气流量计

卡门涡旋式空气流量计通常与空气滤清器外壳安装在一起，在其空气通道中央设置一个卡门涡旋式空气流量计体状的涡流发生器，在涡流发生器后部将会不断产生涡流，称之为卡门漩涡的涡流串。

测出卡门涡流的频率即可感知空气流量的大小，该空气流量计又分为反光镜检测方式和超声波检测方式两种。

卡门涡旋式空气流量计

（2）质量型空气流量传感器

质量型空气传感器是通过检测空气流量的质量来检测进气量的，由于空气的质量不会受到大气的密度和温度影响，因此，电脑据此计算喷油量时不需根据大气压力和进气温度进行修正。

①热线式空气流量计

热线式空气流量计由感知空气流量的铂热线、温度补偿电阻（冷线）、控制电路及壳体等组成。

根据铂热线在壳体内安装的位置不同，可分为主流测量方式和旁通测量方式。

热线式空气流量计

理论和实践证明；

在强制气流的冷却作用下，发热元件在单位时间内的散热量跟发热元件的温度与气流的温度之差成正比。

为此在热线式与热膜式流量传感器中，采用了如图所示的恒温差控制电路来实现流量检测。

热线式与热膜式流量传感器AFS原理电路

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RT分别连接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，电桥电压才能达到达到平衡。

加热电流（50-120毫安）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摄氏度。

电流增量的大小，取决与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7-14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QM的大小。

当发动机怠速和或空气为热空气时，因为怠速时节气门全闭或接近全闭，所以空气量很小，又因为空气温度越高，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，如图7-15（a）所示，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，所以发热原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，如图7-15（b）所示，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。

热线式与热膜式AFS输出特性曲线

热线式与热膜式AFS测量原理示意图

热线式空气流量传感器在使用一段时间后，由于热线表面受空气尘埃玷污，其热辐射能力降低会将影响传感器的测量精度，因此控制电路中设计有自洁电路来实现自洁功能。

每当ECU接收到发动机熄火的信号时，ECU将控制自洁电路接通，将热线加热到一千摄氏度并持续一秒左右，使沾附在热线上的尘埃烧掉。

另一种防止热线玷污的方法是提高热线的保持温度，一般将保持温度设定在200摄氏度以上，以便烧掉粘附的污物。

热膜式传感器铂金属膜的面积比热线的