汽车传感器与检测技术电子教案：卡尔曼涡流式空气流量传感器.docx

《汽车传感器与检测技术》教案

知识点

卡尔曼涡流式空气流量传感器

学时

1学时

教学内容

卡尔曼涡流式空气流量传感器概述、功用、原理、故障、检测

教学重点

原理

教学难点

检测

参考资料

一、概述

卡尔曼涡流式空气流量计通常与空气滤清器外壳安装一体，在其空气通道中央设置一锥状的涡流发生器，在涡流发生器后部将不断产生被称为卡门漩涡的涡流串。测得卡门漩涡的频率就可以求得空气流速，空气流速乘以空气通路面积，就可以得到进气的体积流量。这样，测出的卡门漩涡的频率，就可以得知空气流量的大小。

卡尔曼涡流式空气流量计与叶片式空气流量传感器测得的均是体积流量，因此在传感器内装有进气温度传感器，以便对随气温而变化的空气密度进行修正，正确地计算出进气的质量流量。

卡尔曼涡流式空气流量计有光电检测漩涡式和超声波检测漩涡式两种类型。

二、功用

用来测量进入气缸内空气量的多少，电控单元根据进气量计算出喷油量，控制喷油器向节气门（进气管）喷入与进气量成最佳比例的燃油。

三、原理

（一）光电检测漩涡式空气流量传感器

光电检测式空气流量传感器应用于丰田凌志LS400和皇冠3.0型轿车上，其外形及结构如图1所示，主要由涡流发生器、发光二极管（LED）、光敏晶体管、反光镜、集成电路和进气温度传感器等组成。

图1卡门旋涡式空气流量传感器（光电检测漩涡式）

1-发光二极管；2-反光镜；3-张紧带；4-进气温度传感器；5-涡流；

6-光敏晶体管；7-导压孔；8-涡流发生器；9-整流网栅器

当空气流经涡流发生器时，会在涡流发生器的后部产生有规律的漩涡，从而导致涡流发生器两侧的空气压力发生变化。变化的压力经导压孔向金属膜制成的反光镜使反光镜产生振动，其振动频率与涡流发生的频率相等，而涡流发生频率与空气流速成正比；反光镜再将发光二极管投射的光反射给光敏晶体管，光敏晶体管受到光照射时导通，不受光照射时截止，光敏晶体管的导通和截止频率与涡流频率成正比。此信号输送给ECU，ECU则根据此信号确定发动机的进气量的大小。

（二）超声波检测漩涡式空气流量传感器

超声波检测漩涡式空气流量传感器其控制原理如图2所示。发动机工作中，当空气流经涡流发生器时，产生有规律的涡流，在与空气流动方向垂直的方向上安装超声波发生器，在与其相对的位置上安装接收器。卡门漩涡造成空气密度变化，受其影响，超声波发生器发出的超声波到达接收器的时刻或变早或变晚，从而产生相位差，利用放大器将该信号转化成矩形波（该矩形波的脉冲频率即为卡门漩涡的频率），再利用压电原理将矩形波转换成电信号，此信号与涡流发生器的频率成正比，在输送给ECU，则ECU根据此信号确定发动机进气量的大小。

图2卡门旋涡式空气流量传感器（光电检测漩涡式）

1-发光二极管；2-反光镜；3-张紧带；4-进气温度传感器；5-涡流；

6-光敏晶体管；7-导压孔；8-涡流发生器；9-整流网栅

四、故障

（一）卡尔曼涡流式空气流量传感器故障原因：

1.传感器空气流量信号不准确，造成发动机功率下降、运转不平稳、油耗增加。

2.空气流量计线路断路、短路，插头锈蚀、氧化，传感器针脚锈蚀、氧化；

3.发光二极管、光敏晶体管损坏；

4.涡流发生器故障；

5.进气温度传感器电阻值不准确将出现传感器进气温度信号不准确，造成发动机运转不平稳、油耗增加。

（二）卡尔曼涡流式空气流量传感器故障表现：

1.发动机起动困难；

2.发动机怠速不稳；

3.加速不良；

4.发动机尾气排放超标；

5.发动机无法准确控制喷油量。

五、案例

图3卡门旋涡式空气流量计电路图（丰田雷克萨斯LS400）

图4空气流量计端子与测量方法

六、检测

用万用表测量E2和THA之间的电阻，如图2-21所示，0℃时约为4~7KΩ；20℃时约为2~3KΩ；60℃时约为0.4~0.7KΩ。

检查进气温度传感器的信号电压，20℃时信号电压为2.5~3.4V；60℃时为0.2~1.0V。

当发动机转速高于300r/min时，空气流量计5s没有输入信号，发动机就失速。故障部位可能是ECU与空气流量计之间的线路、空气流量计或发动机ECU，可按以下步骤检查。

（1）打开点火开关，发动机不启动，测量流量计端子KS和E2之间的电压，应为4.5~5.5V。发动机运转时，输出电压应为2~4V（脉冲电压信号）。进气量越大，电压越高。若输出电压正常，则应检查或更换ECU；如不正常，转下一步。

（2）检查流量计至ECU之间的线路是否正常。

（3）拔开流量计插接器插头，测量端子Vc和E2之间的电压，应为4.5~5.5V。若不正常，应检查或更换ECU；若正常，应更换空气流量计。