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802012学校电喷摩托车电子控制系统主要传感器的结构原理与检修（上）文_吴正权随着摩托车工业的发展，现代摩托车用电喷系统使用的各种传感器数量及种类越来越多，主要有空气流量传感器、进气压力传感器、倾斜传感器、转速（或曲轴位置）传感器、进气温度传感器、机体机油冷却液温度传感器、节气门位置传感器、大气压力传感器和氧传感器等，用于适时监控和检测摩托车的运行状况，各部件的工作状态等，可谓MEFI系统的神经末梢，同样是MEFI系统的关键元器件。如果没有这些传感器，电子控制单元（ECU）则根本无法工作。（一）空气流量计的结构原理与检修1、空气流量计的功能空气流量计（AirFlowMeter，简称AFM）是大排量摩托车用来直接计量进入发动机的空气质量的，属汽车级精密电控元件。工作过程中直接计量进入发动机的空气量，转换成相应大小的电压脉冲信号，输送给ECU，计算出基本喷油量。一般而言，空气流量计的技术指标应达到；满度值：236L/min。输出脉冲：0～5V。准确度：7.08L/min时±1%。分辨率：0.1%。响应速度：1ms。可靠性：2000h内达99.7%。2、空气流量计的结构原理目前大排量摩托车用空气流量计主要有翼片式空气流量计、热线式空气流量计、热膜式空气流量计和卡门涡旋式空气流量计4种。（1）翼片式空气流量计a)翼片式空气流量计的结构组成翼片式空气流量计又称活门式或叶片式空气流量计，主要由翼片部分、电位计部分和接线插头3部分组成，见图1所示。翼片部分如图2所示，由测量叶片和缓冲叶片构成，2者铸成一体。翼片转轴安装在空气流量计的壳体上，转轴一端有螺旋回位弹簧(安装在电位计部分内)。回位弹簧的弹力与吸入空气流对测量叶片的推力平衡时，翼片即处于稳定位置。测量叶片随空气流量的变化在空气通道内偏转，同时，缓冲叶片在缓冲室内偏转，缓冲室对翼片起阻尼作用。其目的在于，当发动机吸入的空气量急剧变化和气流脉动时，减少翼片的脉动，使翼片运转平稳。在空气流量计主空气道下方设置有空气旁通通道，在旁通通道的一侧设有可改变旁通空气量的CO调整螺钉，以便在小空气流量时对空气流量计的输出特性进行调节。怠速时的空燃比，因发动机和电喷系统的装置不同，会出现若干偏差，因此需要通过CO调整螺钉调整旁通通道面积，使空气流量计的输出与目标值一致。电位计部分中的电位计在空气流量计壳体上方，内有平衡配重块、812012学校滑臂、回位弹簧、调整齿圈和印制电路板等。调整齿圈上有刻度标记，改变调整齿圈的固定位置，可调整回位弹簧的预紧力，使用中用以调整空气流量计的输出特性。翼片转轴上端固装着平衡配重块和滑臂，随翼片一起动作，滑臂与印制电路板上的镀膜电阻接触，并在其上滑动，便构成了电位计。b）翼片式空气流量计的工作原理空气通过空气流量计主通道时，翼片将受到空气气流的压力及回位弹簧的弹力控制，当空气流量增大，则气流压力增大，使翼片偏转，翼片转角α增大，直到两力平衡为止，如图3所示。与此同时，电位计中的滑臂与翼片转轴同轴偏转，使接线插头VC与VS间的电阻减小，US电压值降低，电脑根据空气流量计送来的US/UB的信号感知空气流量的大小。US/UB的电压比值与空气流量成反比，且呈线性下降。当吸入空气的流量减少时，翼片转角减小，接线插头VC与VS间的电阻值增大，US的电压值上升，则US/UB的电压比值随之增大。使用US/UB电压比作为空气流量计的输出，其目的在于，当加给电位计的电源电压UB发生变化时，因信号US与UB成比例变化，所以作为空气流量计的输出信号US/UB仍保持不变，即不受电源电压的影响，确保空气流量计的测量准确。翼片式空气流量计结构简单，价格便宜，且具有良好的可靠性，但体积大，不便安装，急加速响应滞后时间较长，进气阻力大以及需要补偿大气压力和温度变化等。为了克服这些缺点，后来又出现了更为先进的热线式、热膜式和卡门旋涡式等空气流量计。尤其是热线式和热膜式空气流量计能测出空气质量流量，避免了海拔高度引起的误差，再加上其响应时间短，测量精度高，因此，已经成为现代摩托车电喷系统中广为应用的空气流量计。(2)热线式空气流量计a）热线式空气流量计的结构热线式空气流量计的基本构成是由感知空气流量的白金热线，根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)和控制热线电流并产生输出信号的控制线路板，以及空气流量计的壳体组成。根据白金线在壳体内安装的部位不同，可分为主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式。图4是采用主流测量方式的热线空气流量计的结构图。取样管置于主空气通道中央，两端有金属防护网，防护网用卡箍固定在壳体上，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线为线径70微米的白金丝，布置在支承环内，其阻值随温度变化而变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂RH，如图5所示。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其电阻值随进气温度的变化而变化，称为温度补偿电阻，是惠斯顿电桥电路的另一个臂RK。热线支承环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻，并可用激光修整其阻值，是惠斯顿电桥电路的又一个臂RA，该电阻上的电压即产生热线式空气流量计的输出电压信号。惠斯顿电桥还有一个臂RB的电阻器装在控制线路板上面，该电阻器在最后调试试验中用激光修整，以便在预定的空气流量下调整空气流量计的输出822012学校特性。热线式空气流量计的电子控制线路板包括电桥平衡电路、烧净电路和怠速混合气调节电位器，电子控制装置的大多数元件(除RH、RK、和RA外)都配置在这块混合集成电路板上。一般设置六脚插头与电脑ECU相连接，用以传递信息。图6是采用旁通测量方式的热线式空气流量计的结构图，它与主流测量方式在结构上的主要区别在于：将白金热线和补偿电阻(冷线)安装在空气旁通通道上。热线和温度补偿电阻是用铂线缠绕在陶瓷绕线管上制成的。b）热线式空气流量计工作原理如图5所示，在空气通道中放置热线电阻RH，由于其热量被空气吸收，热线本身变冷。热线周围通过的空气质量流量越大，被带走的热量也将增加。热线式空气流量计就是利用热线与空气之间这种热传递现象进行空气质量流量测量的。其工作原理是将热线温度与吸入空气温度差保持在100℃，热线温度由混合集成电路控制，当空气质量流量增大时，由于空气带走的热量增多，为保持热线温度，混合集成电路使热线RH通过的电流增大，反之，则减少。这样，就使得通过热线RH的电流与空气质量流量成单一函数关系，亦即热线电流IH随空气质量流量增大而增大，随空气质量流量减小而减小。热线加热电流IH在50～120mA之间变化，热线加热电流的输出信号为电桥电路上的精密电阻RA上的电压降。为了减少电损耗，温度补偿电阻RK和电桥电阻RB的电阻值一般都较高，通过其上的电流仅为几毫安。(3)热膜式空气流量计热膜式空气流量计的结构和工作原理与热线式空气流量计基本相同，如图6所示，只是将发热体由热线改为了热膜，热膜是由发热金属铂固定在薄的树脂膜上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性。(4)卡门涡旋式空气流量计这种传感器是基于卡门涡旋理论，利用超声波或光信号测量空气流量的。图7是光学检测方式；图8是超声波检测方式。所谓卡门涡旋，是在进气道中央设置一锥体状的涡旋发生器，当空气流过发生器时，其后方就会不断地产生一定规律的涡旋，测出涡旋的频率f值，即可感知空气流速v的大小。v=5df(d为涡旋发生器的直径)，再将空气通道的有效截面积与空气流速v相乘，就可感知道空气的体积流量。光学检测式空气流量计是将涡旋发生器两侧的压力变化，通过导压孔引向薄金属制成的反光镜表面，使反光镜产生震动，反光镜震动时将发光管投射的光反射给光电管，对反光信号进行检测，即可求得涡旋频率f。超声波检测式空气流量计是在空气流动的垂直方向安装一个超声波发生器，当超声波垂直穿越涡旋气流时，由于涡旋造成的空气密度变化的影响，致使到达对面接收器的超声波的时间会发生变化，利用这一变化即可求出涡旋的频率。3、空气流量计的维护与检修(1)空气流量计的日常维护尽管空气流量计属于精密电控元件范畴，但只要确保在清洁的环境下工作，一般情况下均不会发生故障。因此，日常的维护保养十分重要，除经常维护进气系统清洁外，还必须经常检查进气管是否破裂、漏气，空气滤清器是否堵塞、损坏，经常清洗和按规定更换空气滤清器滤芯。在清洗车辆时，对精密电控元件要注意保护，尤其要注意防潮以免电控部分腐蚀、短路，如被水湿，要立即吹干。(2)空气流量计的检修诊断故障时，首先应按未装电控元件的基本诊断程序进行检查排除；如故障仍未排除，并确认是进气系统发生了故障时，首先应拆除空气滤清器，进行目测检查，排除一些一般性故障因素。检查的内容包括如下项目。a）检查空气滤清器滤芯及其周围是否有脏物、杂质或其它污染物，必要时更换。832012学校b）检查进气管是否破裂、漏气、老化或挤坏。c）检查各传感器与电脑的连接电线束是否松动或断开，电线是否有磨破或线间短路、断路的现象，电线插接头是否插接就位，有无腐蚀现象等。d）检查各传感器是否有明显的损伤。排除了一般性故障因素后，便可进行如下基本检查。以翼片式空气流量计为例，首先目测检查本体是否开裂，轴是否松动，测量叶片是否挂卡，工作是否平滑。然后，拨开空气流量计的导线插头，用电阻表测量空气流量计上各端子间的电阻，其电阻值应符合随车使用维护说明书的要求，如不符，则应更换新件。除此之外，测量叶片从全闭位置开始慢慢张开时，阻值应成锯齿形增加。一般来说，如果阻值无限大，可认为是接触不良。其它空气流量计的检查方法，一般也是按随车使用维护说明书的要求检查各端子之间的电阻或电压值，不符者，则更换新件。（二）进气压力传感器的结构原理与检测1、进气压力传感器的功用进气压力传感器(IntakeAirPressureSensor，简称IAP)的功用是监控进气或大气压力负荷信息，输出电信号给电子控制单元，作为计算喷油量和时间的参数之一。由此可见，进气压力传感器与空气流量计一样，也是用来检测进气量。特别值得注意的是，进气压力传感器的检测方式属于D型（速度密度型）检测法，而空气流量与压力不成一定的比例关系，因此控制精度较差；优点是结构简单、体积小、成本低廉，适合于要求不高的中小排量摩托车用，因而在现代摩托车上广为应用。进气压力传感器一般装载在节气阀体总成上时，因此要符合节气阀体的温度、振动要求。具体技术要求如下。（1）技术参数压力传感器取气体压力两点检验压力性能，输出端电压由制造商依据受试产品技术标准提供。允许工作压力范围：15kPa～115kPa；承受的最大负荷压力：不小于400kPa；压力变化响应时间：在室温环境，压力变化范围10%～90%时，不大于5ms。压力精度范围：在室温环境，不大于2%。工作温度范围：-30℃～120℃。2、进气压力传感器的结构组成进气压力传感器种类较多，就其信号产生原理可分为压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式等，其中，压敏电阻式和电容式在中小排量摩托车用MEFI系统中应用较多。（1）压敏电阻式。图9是安装在空滤器中的压敏电阻式压力传感器的外形和内部结构原理图，主要由半导体压力转换元件（硅片）和滤清器等组成。硅膜片利用半导体的压电效应制成3×3mm正方形硅膜片，中部经光刻腐蚀形成直径约2mm，厚约50μm(0.05mm)的薄膜，薄膜周842012学校围有4个应变电阻，以惠斯顿电桥方式连接。硅膜片的一面是真空室(与发动机的负压相连)，另一面导入进气歧管压力，硅膜片随进气压力的变化成正比变形，即绝对压力越高，硅膜片的变形越大，导致附着在薄膜上的4个应变电阻随应力成正比的变化，这样就可以利用惠斯顿电桥电路将硅膜片的变形变成进气压力电信号，再经混合集成电路（IC）放大后输送至ECU，作为决定喷油器基本喷油量的依据。这种半导体压敏电阻式进气压力传感器输出的电压信号具有随进气歧管绝对压力的增大呈线性增大的特性，具有尺寸小，精度高、成本低和响应性、再现性、抗震性较好等优点。（2）电容式。电容式进气绝对压力传感器是使氧化铝膜片和电极彼此靠近排列，形