第三章--汽油机空气供给系统

本章主要介绍的内容有：第一节空气流量计第二节进气歧管绝对压力传感器第三节节气门体第四节节气门位置传感器第三章汽油机空气供给系统空气供给系统是向汽油机提供与发动机负荷相适应的、清洁的空气，同时对流入发动机气缸的空气质量进行直接或间接计量，使它们在系统中与喷油器喷出的汽油形成空燃比符合要求的可燃混合气。空气供给系统的组成如下图所示。提供发动机工作所需的新鲜空气，同时把进气量的多少以电信号的形式告知电脑（ECU），作为喷油的主要依据。第一节空气流量计本节主要介绍的内容有：●翼片式空气流量计●卡门旋涡式空气流量计●热线式空气流量计●热膜式空气流量计空气流量计一般安装于空气滤清器后的进气管道中，如下图所示。在电子控制汽油喷射发动机中使用的空气流量计主要有翼片式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、热线式空气流量计和热膜式空气流量计。1.翼片式空气流量计翼片部分的构造如下图所示。其由两者铸成一体的测量翼片和缓冲翼片，安装在空气流量计壳体上的翼片转轴，安装在转轴一端的螺旋复位弹簧（安装在电位计部分内），空气旁通通道等构成。（1）翼片部分（2）电位计部分电位计部分布置在空气流量计壳体上方，由平衡配重、滑臂、螺旋复位弹簧、调整齿圈和印刷电路板组成，如下图所示。（3）工作原理当吸入发动机的空气流过传感器主进气道时，传感器翼片就会受到空气气流压力产生的推力力矩和复位弹簧弹力力矩的作用。当空气流量增大时，气流压力对翼片产生的推力力矩增大，推力力矩克服弹力力矩使翼片偏转角度增大，直到推力力矩与复位弹簧力矩平衡为止。进气量越大，翼片偏转角度也就越大。因为翼片总成和电位计的滑臂均固定在转轴上，所以在翼片偏转的同时，滑臂也随之偏转。当空气流量增大时，端子VC与VS之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压US降低。当空气流量减小时，气流压力对翼片产生的推力力矩减小，推力力矩克服弹力力矩使翼片偏转的角度，端子VC与VS之间的电阻值增大，两端子之间输出的信号电压VS升高。工作原理如下图所示。（4）检测如下两图所示。（1）检查叶片工作状态及回位弹簧弹力，如果弹力减小，应拨动电位计内调整齿圈的齿增大回位弹簧弹力，每次只能调一到两个齿。（2）检查翼片初始位置，即进气量与翼片位置是否匹配；如发动机加速响应时间长、动力不足、不能起动等，即应调整弹簧预紧力。（3）检测ECU侧Vb、Vc、Vs和THA与端子E2间的电压。使点火开关置于“ON”，测量Vb与E2端子间的电压应为13.5V，Vc与E2端子间电压应为10V，测量时轻推计量板，它的值几乎不变。测量Vs与E2端子间的电压时，不但要读取流量计全关和全开的电压，而且要让计量板从全关状态慢慢开启，直到全开，检查电压上升情况。全闭时2.5V，全开时为8V。（4）检测空气流量计的电阻。点火开关置于“OFF”，拔下空气流量计插接器，测量Vb与E2之间的电阻约为400Ω，Vc与E2间的电阻约为300Ω；测量Vs与E2之间电阻时，应将计量板从关闭位置缓慢打开，阻值应逐渐增大，关闭时为50Ω，全开时200Ω为正常；测量THA与E2之间的电阻（即进气温度传感器的阻值），其阻值随车型和温度的不同而不同；检查油泵开关，计量板（翼板）稍开，Fc和E1之间的电阻应为OΩ，即触点处于“ON”状态，当计量板全关闭时阻值为∞。丰田PREVIA翼片式传感器检测数据如下表所示。案例一空气流量计引起的动力不足故障空气流量计又称空气流量传感器，它是将吸入的空气量转换成电信号送至电控单元（ECU），作为决定喷油量的基本信号之一。按其结构型式，可分为翼片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式四种前两种为体积流量型，后两种为质量流量型。丰田大霸王旅行车发动机，采用较广泛应用的翼片式空气流量计，图3-6所示为其结构示意图。2.卡门旋涡式空气流量计主要由设置在空气通道中央的锥状卡门旋涡发生器和相应的旋涡检测装置等组成。当空气流过卡门旋涡发生器时，在其后部将会不断产生卡门旋涡。在单位时间内产生的卡门旋涡的个数（既发生频率）与气流的速度有关，只要测出卡门旋涡的发生频率，即可知道空气流量的大小。检测卡门旋涡频率有两种方法：反光镜检测方式和超声波检测。卡门旋涡式空气流量计的构造如下图。（1）反光镜检测法反光镜检测方式的旋涡检测装置由反光镜、发光二级管和光敏晶体管、板弹簧等组成，如下图所示。当空气流过卡门旋涡发生器时，受交替产生的卡门旋涡的影响，发生器两侧压力也交替发生变化。用导压孔把旋涡发生器两侧的压力引到薄金属制成的反光镜背面，受发生器两侧交替变化压力的作用、反光镜将产生与旋涡发生频率相同的偏转振动，如下图所示。（2）超声波检测法超声波检测方式的检测装置由超声波信号发生器，超声波接收器等组成。它是利用卡门旋涡的存在，会使通道横截面空气密度发生变化这一现象来测量旋涡的发生频率。超声波信号发生器安装在空气流动的垂直方向，在它的对面安装超声波接收器，如下图所示。以凌志LS400为例。卡门涡旋式空气流量的检测项目有电阻检测和波形检测。电阻检测如下图所示:其数据参数如下表所示。波形检测如下图所示。3.热线式空气流量计热线式空气流量计的基本构造如下图所示。它主要由铂丝制成的热线(发热体)、温度补偿电阻、控制热线电流并输出信号的控制电路、采样管和流量计壳体等组成。根据铂丝热线在流量计中安装位置的不同，又分为主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式。（1）工作原理（2）检测案例一发动机空气流量计热线脏污引起的怠速不稳、加速不良、进气管回火的故障故障现象：别克世纪轿车行驶时，发动机怠速不稳，加速不良，急加速进气管回火。故障排除：①拆下火花塞进行跳火试验，高压火花正常。更换全部火花塞后再试，故障依然存在。②用专用清洁剂清洗进气系统，用检测仪清洗喷油器，然后起动发动机再试，故障仍未排除。③拆下空气滤清器，起动发动机，用手遮住节气门体的进气口以减少进气量，使混合气变浓进行试验，结果发动机怠速运转稳定，急加速不再回火。由此说明故障是由于混合气过浓引起的。④断开点火开关，在燃油压力调节器与喷油器间的管路上加装一只燃油压力表，然后起动发动机，查看压力表，其压力为255～290kPa，说明燃油压力正常。⑤断开点火开关，拔下空气流量计配线连接器，起动发动机进行检查，发动机怠速运转稳定，加速性能也有所好转，说明系空气流量计损坏或工作不良。从节气门体上拆下空气流量计仔细检查，热线未断，只是由于使用日久，热线上积垢过多，散热不良，用化油器清洗剂将空气流量计清洗干净后装车再试，发动机运转正常，加速有力，故障排除。故障分析：由于MAF热线上积垢过多，散热不良，使空气流量计输出信号电压降低，造成电子控制模块（PCM）误判，从而导致混合气过浓（如下图）。案例二空气流量计脏污引起进气歧管放炮并熄火故障的排除故障现象：发动机起动正常，怠速运转也基本正常。但在发动机温度低时，发动机虽能怠速运转，但车辆不能起步，挂挡加油时发动机进气歧管放炮并熄火，发动机故障灯不亮。等发动机温度正常后，车辆起步行车都基本正常。故障诊断：①首先调取故障码，无故障码，表明发动机电控系统正常。②根据冷机提速时进气歧管有放炮现象，估计是混合气过稀。检查点火系统，高压火花正常。检查燃油压力，也在正常范围内。③清洗进气系统，发现节气门体上和怠速阀上污物并不严重，分别进行了清洗。当检查到空气流量计时，观察到流量计内的铂丝上有污物，颜色发黑，用化清剂清洗剂进行清洗将污物去掉，铂丝颜色变白。装复试车，故障排除。故障分析：该发动机空气流量计为热线式，当空气流量计的铂丝被污物包裹时，会影响铂丝的散热速度，也就影响了空气流量计的计量信号，因而使混合气浓度受到影响。这种影响，在发动机温度低时（进气温度也低）影响更大，所以冷机时混合气过稀，进气歧管放炮，影响发动机的动力输出，导致冷车起步困难。该车调取故障码的方法，与通用公司其它车型不同，与前几年出厂的凯迪拉克也不同，它是通过仪表板上的空调面板来调取和显示的，新式空调面板与老式车的不同。案例三奔驰S320空气流量传感器故障故障现象奔驰S320，104型发动机，722.6型变速器。此车经路试发现发动机转速加到4000r/min，时速只能达到100km/h；如急加发动机转速到4000r/min，时速只能达到85km/h；发动机在空加速时比正常要慢。故障诊断起动发动机，用万用表测量其输出与输入电压（规范值如下表）。再拆下空气流量传感器，测量内部电阻，经测量1#与5#端子电阻是338.40MΩ，而正常为0.365MΩ。规范电阻值参考下表。故障排除更换一个新的空气流量传感器总成后试车一切正常。发动机在3000r/min时速度可达120km/h。故障总结空气流量传感器根据空气流量，将信号（电流）传送给LH电控系统电脑。电脑计算进入发动机的空气量，并按需要调整燃油喷射持续时间。空气流量传感器是热线式传感器，这种传感器在工作中考虑到了环境温度、湿度、海拔和压力等因素的影响。空气流量传感器线路图如下图。4.热膜式空气流量计热膜式空气流量计的结构如下图所示。工作原理如下图所示。案例一空气流量计输出的空气流量信号所反映的进气量低于实际进气量故障现象发动机怠速不稳，急加速时有“坐车”现象。检查与排除用VAG1551故障阅读仪读取数据流，这时发现发动机空气质量流量仅为1.4g/s，而正常应为2.0~4.0g/s。造成该故障的原因主要有两个：①进气系统有泄漏；②ECU接收到的空气流量信号反映的进气量低于其实际进气量。经认真检查发现，进气系统无泄漏。拔下空气流量计线束侧连接器后，发现故障现象消失（此时发动机ECU仅用节气门位置传感器和曲轴位置传感器的信号来计算进气量，发动机在故障保护模式下运转）。由此初步判断空气流量计有故障。检测空气流量计输出的信号电压，发现发动机怠速时，信号电压仅为0.3~0.4V。而正常应为0.8～1.2V。拆下空气流量计，发现其热膜处比较脏。用化油器清洗剂清洗热膜后再将空气流量计装复，故障排除。在发动机怠速时测得的信号电压和空气质量流量分别为0.9V和2.5g/s。故障原因分析因空气流量计的热膜脏后，其散热不良，要维持热膜正常温度所需的电流强度下降。造成输入ECU的信号电压过低。ECU误认为进气量小而减小供油量。在加速时ECU又断开了λ控制，从而导致混合气过稀，出现上述故障。案例二空气流量计输出的空气流量信号所反映的进气量高于实际进气量检查与排除用VAG1551故障阅读仪调取故障代码，无故障代码显示。按照故障现象，该故障原因应为混合气过浓。于是拔下氧传感器的线束侧连接器，故障现象依旧，说明故障原因不在氧传感器。读取数据流，这时空气质量流量为4.6g/s，明显高于正常值。造成该故障的原因有两个：①发动机负荷过大；②ECU接收到的空气流量信号所反映的进气量高于实际的进气量（这时发动机并无额外负荷）。测量空气流量计的输出信号电压，在怠速时其信号电压为1.9V，高于其标准值（0.80~1.2V）。于是拆下空气流量计进行检查，发现其热膜有龟裂现象。更换空气流量计后，故障现象消失。这时测量表明，空气流量计的输出信号电压为0.9V，空气质量流量为2.3g/s。故障原因分析空气流量计的热膜表面发生龟裂后，其散热速度加快，要维持热膜正常温度所需的电流强度加大，造成输出的信号电压过高，ECU接收到空气流量计进气量大的信号后就增加了喷油量，从而导致混合气过浓和发动机怠速不稳。即出现上述故障现象。第二节进气歧管绝对压力传感器本节主要介绍的内容有：●压敏电阻式●电容式●案例一轿车怠速冒黑烟一般装于发动机机舱内，用一根真空管与进气歧管相接或直接装在节气门后方的进气歧管上。如下图所示。1.压敏电阻式如下图所示。它由压力转换元件和对输出信号进行放大的混合集成电路等构成。压力转换元件是利用半导体压阻效应制成的硅膜片。硅膜片为约3mm的正方形，其中部经光刻腐蚀形成直径约2mm、厚约50μm的薄膜。在膜片表面规定位置有四个应变电阻，以惠斯顿电桥方式连接，如下图所示。2.电容式位于传感器壳体内腔的弹性膜片用金属制成，弹性膜片上、下两个凹玻璃的表面也均有金属涂层，这样在弹