任務(wù)二 進氣壓力傳感器（MAP）和空氣流量計（MAF）的結(jié)構(gòu)及工作原理

學(xué)習(xí)目標

1.掌握進氣壓力傳感器（MAP）和空氣流量計（MAF）的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.掌握進氣壓力傳感器（MAP）和空氣流量計（MAF）的功能

3.掌握進氣壓力傳感器（MAP）和空氣流量計（MAF）的故障范圍

課程準備

知識準備

壓阻效應(yīng)

壓阻效應(yīng)是用來描述材料在受到機械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)地發(fā)生變化。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。

壓力的單位及換算

法定國際單位制導(dǎo)出的壓力單位為帕（Pa）。常用的為兆帕（MPa）、千帕（kPa），慣用的非法定單位還有巴（bar）、工程大氣壓（at）、標準大氣壓（atm）、磅力每平方英寸（lbf/in²）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH₂O）等。1bar=0.1MPa=100kPa=1.0197kgf/cm²

1atm=0.101325MPa=1.0333bar

課前引入

電噴發(fā)動機中采用進氣壓力傳感器來檢測進氣量的稱為D型噴射系統(tǒng)（速度密度型）。進氣壓力傳感器檢測進氣量是采用間接檢測。進氣壓力傳感器種類較多，有壓敏電阻式、電容式等。由于壓敏電阻式具有響應(yīng)時間快、檢測準確度高、尺寸小且安裝靈活等優(yōu)點，因而被廣泛用于現(xiàn)代發(fā)動機電控系統(tǒng)中。

電噴發(fā)動機中采用空氣流量計檢測進氣量的稱為L型噴射系統(tǒng)（質(zhì)量流量型）。空氣流量計采用直接檢測進氣量的方式，測量準確度高，也廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代發(fā)動機電控系統(tǒng)中。

一、進氣壓力傳感器（MAP）的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.進氣壓力傳感器的功能

進氣壓力傳感器（Manifold Absolute Pressure，MAP）全稱為進氣歧管絕對壓力傳感器，它通常安裝在進氣道上，外觀和安裝位置如圖1-2-14、圖1-2-15所示。

圖1-2-14 MAP傳感器安裝位置

圖1-2-15 MAP傳感器外觀

進氣壓力傳感器檢測的是節(jié)氣門后方的進氣歧管的絕對壓力，它根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的大小檢測出歧管內(nèi)絕對壓力的變化，然后轉(zhuǎn)換成信號電壓送至電子控制單元ECU，ECU依據(jù)此信號電壓的大小，控制基本噴油量的大小。

2.應(yīng)變電阻式進氣壓力傳感器工作原理

應(yīng)變電阻式進氣壓力傳感器采用半導(dǎo)體壓敏電阻式。它由硅膜片、集成電路、濾清器、真空室和殼體等組成。硅膜片是壓力轉(zhuǎn)換元件，是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)制成的。硅膜片的一面是真空室，另一面是導(dǎo)入的進氣壓力。集成電路是信號放大裝置，它的端頭與ECU連接。圖1-2-16為某車型進氣壓力傳感器（1312）電路簡圖，從圖中可以看到半導(dǎo)體壓敏電阻連接成惠斯頓電橋的型式。圖中1312的3、4腳為進氣溫度傳感器。

圖1-2-16 某車型進氣壓力傳感器電路

發(fā)動機工作時，從進氣管來的空氣經(jīng)傳感器的濾清器濾清后作用在硅膜片上，硅膜片產(chǎn)生變形（由于進氣流量對應(yīng)著相應(yīng)的進氣壓力，故進氣流量越大，進氣歧管壓力就越高，硅膜片變形也就越大）。硅膜片的變形，使擴散在硅膜片上電阻的阻值改變，導(dǎo)致電橋輸出的電壓變化。傳感器上的集成電路將電壓信號放大處理后，作用進氣管壓力信號送到電控單元，此信號成為電控單元計算進入氣缸空氣量的主要依據(jù)。

3.進氣壓力傳感器和進氣溫度傳感器數(shù)據(jù)

圖1-2-17所示為某車型進氣壓力和進氣溫度在怠速時的數(shù)據(jù)，圖中顯示了進氣溫度（Air Charge Tempera-ture，ACT）傳感器的電壓值、進氣溫度、進氣增壓壓力傳感器電壓、進氣增壓壓力等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以很好的幫助維修人員了解進氣壓力傳感器和進氣溫度傳感器工作的情況。

圖1-2-17 進氣壓力傳感器數(shù)據(jù)流

課程互動

1）請問如果進氣道漏氣，會對發(fā)動機有何影響？

2）進氣壓力傳感器會檢測到進氣道漏氣嗎？

3）為什么使用MAP傳感器的車輛還需使用進氣溫度傳感器？

二、空氣流量計的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.空氣流量計元件位置

L型電噴系統(tǒng)采用空氣流量計（Mass Air Flow Meter，MAF）測量進氣量，目前常見車型上安裝熱膜式MAF。MAF位于空氣濾清器之后節(jié)氣門體之前的進氣軟管內(nèi)。MAF安裝位置如圖1-2-18所示。

2.空氣流量計功能

一般空氣流量計由空氣流量傳感器和進氣溫度傳感器組成。空氣流量計用于測量進入發(fā)動機進氣歧管的進氣總量，以及進氣氣流的溫度，為發(fā)動機ECU提供負荷信息，由ECU根據(jù)這些信息再結(jié)合其他傳感器送來的信息，控制噴油脈寬。空氣流量計在電噴轎車上的重要作用是提供噴油控制的基本信號，也是決定信號。此信號的好壞將影響混合氣的配比，也直接影響發(fā)動機的動力性、穩(wěn)定性。

圖1-2-18 MAF安裝位置

3.空氣流量計工作原理

空氣流量計是將一些微電子電器元件集成在一塊陶瓷基片上，當發(fā)動機工作時膜片上就會發(fā)熱，進氣經(jīng)過膜片時就會將熱量帶走，膜片上集成的惠斯頓電橋就會增加電流而將損失的熱量重新補充，從而引起電信號的變化。

空氣流量計結(jié)構(gòu)如圖1-2-19所示，原理電路如圖1-2-20所示，電阻R_H用鉑絲制成，R_H和溫度補償電阻R_K均置于空氣通道中的取氣管內(nèi)，與R_A、R_B共同構(gòu)成橋式電路。R_H、RK阻值均隨溫度化。當空氣流經(jīng)R_H時，使熱線溫度發(fā)生變化，電阻減小或增大，使電橋失去平衡，若要保持電橋平衡，就必須使流經(jīng)熱線電阻的電流改變，以恢復(fù)其溫度與阻值，精密電阻R_A兩端的電壓也相應(yīng)變化，并且該電壓信號作為熱膜式空氣流量計輸出的電壓信號送往ECU。

發(fā)動機ECU根據(jù)空氣流量計得知發(fā)動機負荷的變化，進而控制噴油脈寬、電子節(jié)氣門的開度。進氣溫度傳感元件是一個負溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻，傳感器在熱膜兩邊安裝了兩個同樣的傳感器，當進氣氣流流經(jīng)膜片時，膜片前端的傳感器溫度相對后端的傳感器溫度要低一些，根據(jù)這個特征，ECU就可以判斷出氣流的方向。

注意

該類型的傳感器要求傳感器之后到發(fā)動機燃燒室之間不能出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，否則將導(dǎo)致發(fā)動機怠速不穩(wěn)，甚至出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。

圖1-2-19 熱膜式空氣質(zhì)量計剖視圖

圖1-2-20 空氣質(zhì)量計原理電路

進氣量信號是電控單元精確計算噴油量的主要依據(jù)，如果空氣流量計發(fā)生故障，電控單元將啟動備用模式，把空氣流量值設(shè)定在備用值，同時記錄故障碼。此時將造成怠速不穩(wěn)、發(fā)動機喘抖、怠速游車、怠速轉(zhuǎn)速偏高、燃油脈寬增加、行駛費油、點火推遲、尾氣排放惡劣等。

4.電路分析

圖1-2-21所示為某車型電路原理圖，可以看到空氣流量計共有5個接線腳。其中一個為空腳，一個為從燃油泵繼電器來的12V供電腳，一根線為電控單元為空氣流量計供給的5V電壓，一根由空氣流量計反饋給電子控制單元的信號線，一根為電控單元的搭鐵線。

圖1-2-21 MAF電路原理

1—空腳 2—12V電源線 3—ECU內(nèi)搭鐵 4—5V參考電壓 5—傳感器信號

課程互動

1.請問MAF是否能檢測到節(jié)氣門后方的進氣管道的漏氣量？

2.如果節(jié)氣門后方的進氣道漏氣會使發(fā)動機產(chǎn)生什么影響？

故障案例

空氣流量計故障案例

故障現(xiàn)象

一輛裝備4.2LV8型發(fā)動機的奧迪A8D3型轎車，行駛里程是2.3萬km，行駛過程中ESP燈常亮。

檢測與修理

該車裝備的是Bosch公司生產(chǎn)的版本為5.7的ESP系統(tǒng)，ABS/ESP系統(tǒng)的電控單元和液壓控制單元集成為一體。當ABS/ESP系統(tǒng)有故障時，儀表上的ESP燈會常亮。

ESP電子行車穩(wěn)定系統(tǒng)作為車輛的一套獨立的主動安全系統(tǒng)，其組成有傳感器信號、控制單元和執(zhí)行元件三大部分。分析故障原因，無非有以下幾種可能：①傳感器信號錯誤或傳感器損壞；②執(zhí)行元件故障；③控制單元本身存在故障；④系統(tǒng)連接線路存在故障。根據(jù)故障現(xiàn)象，首先進行電子控制系統(tǒng)檢測。用大眾VAG5051專用診斷儀檢測到ABS/ESP系統(tǒng)有如下故障信息：load signal fault message from engine CU（從發(fā)動機控制單元收到負荷信號故障信息）。此時用檢測儀05（清除故障）功能不可以清除掉該故障信息。考慮到該故障信息的描述，問題有可能出現(xiàn)在發(fā)動機控制單元。檢測發(fā)動機控制單元，也有一個故障信息記憶Airmass Meter G70 signal to high（空氣流量計的信號值太高），該故障信息可以用05功能清除。當清除掉該故障信息后，儀表上的ESP警告燈即熄滅。再進行檢測ABS/ESP控制單元，發(fā)現(xiàn)已無故障信息記憶。

根據(jù)故障描述和檢測的步驟，懷疑問題可能出現(xiàn)在發(fā)動機控制系統(tǒng)的空氣流量計上。但是空氣流量計的信號是發(fā)動機控制系統(tǒng)的信號，為什么會造成ABS/ESP系統(tǒng)的警告燈點亮呢？分析ABS/ESP系統(tǒng)工作簡圖，得知ABS/ESP系統(tǒng)傳感器組成部分有一個附加信號，發(fā)動機管理和變速箱管理。ABS/ESP系統(tǒng)控制單元要接收到發(fā)動機控制單元由CAN總線傳來的負荷信號，而發(fā)動機的負荷信號由空氣流量計提供。所以當空氣流量計出現(xiàn)故障、信號超差時，發(fā)動機控制單元經(jīng)過CAN總線傳遞給ABS/ESP控制單元的負荷信號也會超差，引起故障記憶存儲，ESP系統(tǒng)燈點亮。

檢查空氣流量計G70。用VAG5051讀取發(fā)動機控制單元空氣流量計的數(shù)據(jù)塊，怠速時顯示空氣流量計的值是4～6g/s，該值正常。但突然間會跳至10g/s左右。怠速時空氣流量計的值正常范圍是2～5g/s，該值跳動顯示斷定空氣流量計存在問題。在拆開空氣流量計時，發(fā)現(xiàn)其后部的卡箍沒有卡到位，懷疑是該問題，重新安裝卡箍試車，該故障仍存在。該車空氣流量計是熱膜式，空氣流量計G70和進氣溫度傳感器G42集成一體。空氣流量計G70的旁通通道中有一個微型線圈，被電流加熱至180℃左右，經(jīng)過它的空氣氣流按流動方向使線圈冷卻。需要再次達到180℃的電流就是空氣質(zhì)量的數(shù)量。空氣流量計漏氣以后經(jīng)過它的空氣氣流相應(yīng)地減少，造成空氣流量計無法準確地計算出發(fā)動機的進氣量，最終損壞空氣流量計。更換空氣流量計以后，該車故障排除。