详解空气流量传感器工作原理及其检测

        空气流量传感器又称为空气流量计（MAF），在大众车系电控燃油喷射系统里其代号为G700空气流量传感器的作用是对进入气缸的空气量进行直接计量，把空气流量的信息转变为电信号输送给发动机电子控制单元（ECU），用于计算所有与转速和负荷有关的功能，如喷射时间、点火时刻等。
        空气流量计用在L型电控燃油喷射发动机进气系统中，安装在空气滤清器与节气门体之间，如图1所示。

        在L型电控汽油喷射发动机的发展历程中，L型电控汽油喷射发动机曾使用过叶片式（又称为翼片式）、卡门旋涡式、热线式和热膜式等多种形式的空气流量计。翼片式、卡门旋涡式空气流量计只能检测空气的体积流量，还需要对进气温度及大气压力进行修正，已逐渐被淘汰。
        当今在L型电控汽油喷射发动机中应用较多的空气流量计是热线式和热膜式空气流量计，热线式、热膜式空气流量计可以直接检测空气的质量流量，且测量精度高。大众桑塔纳2000GSi型轿车AJR型发动机采用了热膜式空气流量计。

        一、热线式空气流量计
        根据热线的安装位置不同，热线式空气流量计有主流测量式和旁通测量式2种，分别如图2、图3所示。



        1．热线式空气流量计的构造
        主流测量式热线式空气流量计应用较广，主要由感知空气流量的铂金属热丝电阻（热丝）Rh、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻RK（冷丝）、控制热线电流并产生输出信号的控制电路板、取样管、壳体等组成。
    取样管置于主空气通道中，两端有金属防护网，用以防止脏物进入。取样管由2个塑料护套和1个热线支承环构成，1根直径约为0.07mm的铂金属热丝电阻作为发热元件布置在热线支承环内。传感器工作时，铂金属热丝电阻被控制电路提供的电流加热到高于进气温度100℃，故它又称为热线电阻或热丝，其电阻值随温度变化，是惠斯顿电桥的1个臂。
    热线支承环前端的塑料护套内安装1个薄膜电阻，其电阻值随进气温度变化，它由于靠近进气口一侧，所以称为冷丝或温度补偿电阻，该温度补偿电阻相当于1个温度传感器，起到温度参考基准的作用，它是惠斯顿电桥的另一个臂。
    热线支承环后端的塑料护套上钻结着1只精密电阻RA，它也是惠斯顿电桥的1个臂，该电阻上的电压降即为热线式空气流量计的输出信号。惠斯顿电桥还有1个臂的电阻，它安装在控制电路板上。控制电路板安装在热线式空气流量计的下方，通过接线插座将空气流量计的信号传给发动机电子控制单元（ECU）。

    2．热线式空气流量计的工作原理
      热线式空气流量计是利用空气流过热丝时的冷却效应制成的，其工作原理如图4所示。

    铂金属热丝和其它几个电阻组成惠斯顿电桥。在传感器工作时，热丝被控制电路提供的电流加热到高于冷丝温度100℃，此时惠斯顿电桥处于平衡状态。进气时气流带走了热丝上的热量使热丝变冷，热丝电阻值随即也降低，桥形电路平衡被破坏；控制电路加大通过热丝的电流使热丝升温以恢复其原有的电阻值，使电桥重新平衡。进气量越大，热丝被带走的热量也就越多，控制电路的补偿电流也就越大，这样就把空气流量的变化转换为电流的变化。电流的变化又使固定电阻两端的电压发生变化，此变化的电压就是热线式空气流量计的输出信号。控制电路把这一根据空气质量流量变化的电压信号输入发动机ECU。
    热丝长时间暴露在进气中，会因空气中灰尘附着其上而影响测量精度，故需增加自洁净功能：当关闭点火开关时，ECU向空气流量计发出1个信号，控制电路立即给热丝提供较大电流，使热丝瞬时升温至1000℃左右，把附着在热丝上的杂质烧掉。自洁净功能通常持续时间约为：1～2s。

    3．热线式空气流量计的输出特性
      由热线式空气流量计的工作原理可知，该空气流量计的输出特性为，随着发动机进气量的增大，其输出的信号电压升高，如图5所示。

    4．热线式空气流量计的检测
    日产MAXIMA轿车V G30E发动机的热线式空气流量计电路如图6所示。

    当点火开关接通时，经主继电器给空气流量计的E端子提供蓄电池电压，空气流量信号经B端子输送给ECU，A端子为调整一氧化碳的可变电阻器输出端子，D端子通过 ECU搭铁，C端子为直接搭铁端子。
    关闭点火开关时，ECU通过F端子给空气流量计输送自洁电信号。使用中的检测项目如表1所示。

    二、热膜式空气流量计
    热膜式空气流量计是热线式空气流量计的改进产品，其结构及工作原理与热线式空气流量计基本相同，只是将感知元件由热丝改为平面形铂金属膜电阻器（简称热膜）。
    1．热膜式空气流量计的构造
    大众桑塔纳2000GLi型轿车AJR型发动机中采用了热膜式空气流量计（G70），如图7所示。

    热膜的制作过程是，先在氧化铝陶瓷基片上采用蒸发工艺淀积铂金属薄膜，然后通过光刻工艺制成梳状电阻，将电阻值调节到规定的阻值后，再在铂金属薄膜表面覆盖1层保护膜，最后引出电极引线。热膜设置在进气通道上的1个矩形护套（相当于取样管）内，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，以过滤空气中的污物，防止污物沉积到热膜上影响测量精度。空气流量计中温度传感器的作用是温度补偿，其实它就是温度补偿电阻。
    热膜式空气流量计测量精度高、响应速度快、进气阻力小，而且可靠、耐用，不会因钻附污物而影响测量精度。
    2．热膜式空气流量计的输出特性
    与热线式空气流量计一样，热膜式空气流量计的输出特性为：随着发动机进气量的增大，其输出的信号电压升高，如图8所示。

      3．热膜式空气流量计的检测
      当空气流量计发生故障时，发动机ECU能够检测到该故障。使用专用诊断仪可以读出该故障的信息：“对搭铁开路或短路、对正极短路或信号不可信”。该元件为不可分解元件，如检测确认无效，应更换。空气流量计端子说明及接线图如图9所示。

    空气流量计电压值的检测如下：
    当点火开关置于ON挡位置，空气流量计5P连接器的3＃脚与ECU的12＃脚信号线（－）相通，呈搭铁状态（经ECU内部搭铁）;4#脚与ECU的11#脚相通，其参考电源电压为4.98 V（＋）;5＃脚与ECU的13#脚相通，为信号线（+） ;2#脚供12V电压，电源来自燃油泵继电器；1＃脚为空脚。
    注：燃油泵继电器（J17）须在发动机启动或正常运行状态下才能工作（发动机ECU必须采集到发动机转速传感器G28的转速信号，ECU才会接通燃油泵继电器J17线圈控制信号），即给燃油泵（G6）、喷油器（N30～N33）、活性炭罐电磁阀（N80）、氧传感器加热线圈（G39）、空气流量计（G70）提供电源（12V）。
    待发动机着车后，可测得空气流量计2＃脚处13.5～14.5V的电压。另外，在发动机怠速状态下，还可以通过诊断仪读取空气流量计动态数据流数值来判断其工作的好坏。怠速状态下标准数值为2.0～5.0g/s，而在发动机达到正常工作温度状态下（冷却液温度在85～90℃左右时），实际测量数值应在2.5～2.6岁，范围内。
      在发动机着车状态下，空气流量计2＃脚和3＃脚之间可测得电压13.5～14.5V、4＃脚可测得电压约为：5.02V 、5＃脚可测得电压约为：1.3～1.4V。

      三、空气流量计故障诊断
      1．空气流量计失效原因
      （1）测量元件因振动而损坏。
      （2）接口腐蚀、线路短路。
      （3）测量元件漂移。
    2．空气流量计失效原因分析
      空气流量计失效可从以下几个方面检查：
      （1）发动机停机。
      （2）故障指示灯点亮。
      （3）发动机电子控制单元采用应急运行程序工作。空气流量计失效时，发动机ECU通过一个特性曲线（节气门开度和发动机转速）计算空气质量流量。
    3．空气流量计检测
    本文仍以大众桑塔纳2000GSi型轿车AIR型发动机热膜式空气流量计为例介绍空气流量计的检测。
    （1）检查电路连接情况。检查空气流量计与发动机ECU的各连接导线是否正常，以及导线连接器（插座）连接是否可靠。相关端子间的线路，其电阻值应小于1Ω。
      （2）检查外现。检查空气流量计的金属防护网、热膜有无异常；若有，则应更换空气流量计。
      （3）检查控制电路的供电情况。拔下空气流量计上的导线连接器，启动发动机，用数字式万用表直流电压挡测量空气流量计导线5P连接器端子2与搭铁线间的电压，应大于11.5V；或者用发光二极管试灯连接空气流量计导线连接器端子2和发动机搭铁点，试灯应亮。否则，应检查熔丝、燃油泵继电器（J17）及其连接线路。
      （引检查输出电压。打开点火开关，用数字式万用表测量空气流量计导线5P连接器端子4与搭铁点间的电压，其值约为：5V。否则，应检查连接线路。如连接线路正常，则更换发动机ECU （J220）。
      （引通过控制电路进行电子检测（用故障诊断仪读取故障码存储器记录）。
    （6）车下检测。拆下空、气流量计，在空气流量计导线连接器端子4与搭铁线之间加5V直流电压，端子2与搭铁线之间加12V直流电压，用电吹风向空气流量计内吹风，同时用数字式万用表直流电压挡测量端子5与3之间的电压。改变吹风距离，电压表读数应能平稳缓慢地变化，距离接近时电压升高，远离时电压下降。否则，应更换空气流量计。
 

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