电喷发动机进气量检测传感器原理及故障分析

电喷发动机进气量检测传感器原理及故障分析

【摘要】本文介绍了国产及进口汽车电喷发动机进气量检测传感器中进气歧管压力传感器和空气流量传感器的工作原理及特性，针对其中的一些常见故障给出了不同的判别方法及处理经验。

1. 引言：

传统的汽车发动机使用化油器作为燃油供给装置，汽油和空气所形成的可燃混合气必须经过不同长度和宽度的进气管，由于燃油颗粒的惯性作用，将相同空燃比的混合气均匀地送达到每一个气缸里是十分困难的。现代汽车采用多点汽油喷射取代化油器作为燃油供给装置，使得每一个气缸可以得到相等的燃油量配给，从而使吸入气缸中的混合气空燃比接近一致，不仅使汽油消耗减少，同时也可以使尾气排放中的HC和CO的含量降低。目前汽车采用电子集中控制系统，有效的保证了混合气均匀的进入汽车发动机各缸，喷油器按时、按要求喷油，使进入气缸的可燃混合气迅速准确地点燃。汽车研究机构的专家们经过大量的科学试验，采集了若干数据，并将这些数据存贮于电子集中控制系统的核心部件发动机微处理机（ECU）内，以适应某些特定车型的具体要求。微处理机的顺利工作，离不开发动机不同工况、不同部位的实时信号输入，这些输入信号就来源于安装在汽车有关部位的各个传感器。用于汽车发动机上电子控制系统的传感器，大体上可分为以下几种类型：进气量检测传感器、性能特征传感器、驾驶控制传感器以及位置传感器等，其中进气量传感器起着非常重要的作用。

2. 进气量检测传感器分析：

电子控制燃油喷射发动机中，用于检测进入发动机内空气量多少的传感器有间接测量空气量的进气歧管压力传感器（真空度传感器）和直接测量空气量的空气流量传感器两类。

（一）进气歧管压力传感器

进气歧管压力传感器，是D型（速度密度型）燃油喷射系统的非常重要的传感器，其作用是将进气歧管内的压力变化转换成电压信号。该信号在微处理机内结合发动机转速来确定进入气缸内的空气量。

1）工作原理及接线

车用进气歧管压力传感器集信号测量和放大于一体。它由硅膜片、真空气室和放大电路组成。传感器由利用半导体压电效应制成的应变片片为主体，硅膜片一面是真空室，另一面通过橡胶管接进气歧管，故承受的是进气歧管的气体压力。硅膜片真空室侧贴有四个应变电阻，以惠斯通电桥方式连接。硅膜片在进气歧管压力的作用下产生变形，应变片输出电阻值也跟着变化。该阻值的变化量，通过电路转换成为电压信号，经放大电路放大及线性化处理后，便可以从传感器端子

输出与进气歧管压力成线性关系的电压信号（PIM）。电路如图1所示。传感器有个接线端子，分别为电源端子（Vcc）、接地端子（E）和信号输出端子（PIM），三端子通过导线连接器及导线与微处理器相连。

2）歧管压力传感器常见故障分析

歧管压力传感器的故障一般多为三种情况，其一是传感器损坏失准，导致输出信号偏差太大；其二是导线连接器故障而导致电源不能输入或信号不能输出；其三是连接歧管压力传感器与进气管间的橡胶管脱落或漏气。汽车在使用中一旦发现汽车发动机动力不足，转动无力，性能下降，往往与歧管压力传感器有关，自诊断系统会提示有关故障码。检修中首先进行外观检视，从进气歧管靠近节气门端找到橡胶软管，便可在汽车上找到歧管压力传感器。在关闭点火锁的状态下，检查歧管压力传感器导线连接器的连接情况是否良好，橡胶软管是否脱落；然后启动发动机，查看橡胶软管有无密封不严和漏气现象。其次进行仪表测试：

A、接通点火开关（ON位），用万用表的直流电压挡（DCV-20）测试接线端子Vcc与地线E2之间的电压值，该电压值为外加电源电压值，其值正常应为：4.5V~5.5V之间，若该值不正确，则应检查蓄电池电压或导线间的连接情况，必要时检查微处理器。

B、接通点火开关（ON位），从歧管压力传感器上拔下橡胶软管，使歧管压力传感器的进气口与大气相通，此时测试接线端子输出电压信号（PIM与E2之间），其正常值为：3.3~3.9V之间，若输出电压过高或过低，均说明歧管压力传感器有故障，应予更换。

C、接通点火开关（ON位），拆下歧管压力传感器上的真空橡胶软管，用手持真空泵向歧管压力传感器进气口处施以不同的负压，边施压边测试接线端子输电压信号PIM与地线E2之间电压值。该电压值应随所施加负压的增长呈线性增长，否则，说明传感器内的信号检测电路有故障，应予以更换。

（二）空气流量传感器

空气流量传感器，是L型（质量流量型）电子燃油喷射发动机中最主要的传感器之一。它所测试到的进入气缸的空气流量是用来确定发动机基本喷油持续时间和基本点火提前角的重要参数。用来检测空气流量的传感器型式较多，大致分为叶板式、涡流式和热线式三种。

1）叶板式空气流量传感器

由于叶板式空气流量传感器具有测量精度高，工作可靠等优点，因此广泛应用于中档汽车的电控发动机上，如丰田佳美、丰田、马自达等都装有该传感器。发动机转动时，被吸入的空气经滤清器流入，推动传感器的测量板转动一定角度，该角度角度随进气量的多少而变化，与测量板同装一轴并随测量板同时转动的电位器，随转动角度的不同所计量的电压值也不同，即该电压值也随进气量的多少

而变化。为精确求出发动机需要的空气量，需要考虑空气的密度，而空气的密度是随其温度、压力而变化的。为防止因空气温度变化而引起进气量的检测偏差，在空气流量计中装有进气温度传感器。故叶板式空气流量传感器的接线端子上有空气温度信号（THA）输出。叶板式空气流量传感器的7个接线端子分别为：用于燃油泵控制的FC和E1端子；输出空气温度信号的THA端子；电源Vcc和E2端子；输出进气量信号的VB和VS端子。

叶板式空气流量传感器常见故障可分为五类，其一是叶板故障，通常表现为摆动不灵活，有卡滞现象；其二是因空气流量传感器密封不严导致空气计量不准，如壳体裂纹、接头漏气等；其三是电位器故障，如电位器滑动触点磨损或接触不良；其四是电动汽油泵开关失灵或触点烧蚀；最后是导线连接故障，如接触不良或脱落等。

汽车行驶中，一旦出现发动机动力不足，行驶无力，转速下降等较为明显的故障，往往会与空气流量传感器有关。首先进行空气流量传感器外观检测，检查导线连接接器接触是否良好（插接传感器时，要关闭点火开关）；再检查空气流量传感器外壳有无破裂，与进气管连接处有无漏气的现象；发动机停转后，关闭点火开关，用手拨动叶板看其摆动是否平顺，若有卡滞现象应更换。接下来进行仪表检测，接通点火开关，但不要起动发动机，然后在控制电脑的相应端子上测量叶板式空气流量传感器输入输出电压值（以判断其性能特征如何），应符合表1规定，否则需要进行修理或更换。

端子条件标准电压V

VC-E2 测量板在任何开度4-6

VS-E2 测量板全关 3.7-4.3

测量板全开 0.2-0.5

2）涡流式空气流量传感器

涡流式空气流量传感器与叶板式空气流量传感器相比具有体积小、重量轻、响应速度快、测量精度高、进气阻力小、无磨损等诸多优点，而且它输出信号为脉冲值，便于电脑处理。但它的制造成本较高，目前只有个别高档车装用，如凌志LS400和部分三菱车。

涡流式空气流量传感器通常与空气滤清器外壳安装成一体，在其空气通道中央设置一锥体状的涡流发生器，当有空气进入时，便在涡流发生器后部不断地产生涡流串，通过测出涡流串的频率即可感知空气流量的大小。检测方法有两种，一种是用反光镜检测，就是把涡流发生器两侧的压力变化，通过导压孔引向由薄金属制成的反光镜表面，使反光镜产生振动，反光镜振动时将发光二极管投射的光反射给光敏三极管，通过电路处理，便可将光电管接收到的反光信号与涡流频率、空气流速相联系，最后确定出进入气缸内的空气体积流量。另一种是用超声