发布于 06-24 21:19:49
一、卡门涡旋式空气流量传感器的测量原理
1.涡旋式空气流量传感器的测量原理
在进气通道中设置一锥形物体，当空气通过锥形物体时，会产生并排的两列旋涡（图3-7）。这种空气涡旋被称之为卡门涡旋，这个锥形物体被称之为涡旋发生器。卡门涡旋的频率f与空气流速v有如下关系：
式中 d——涡流发生器外径；
St——斯特罗巴尔数。
图3-7 卡门涡旋的产生
1—进气流 2—涡旋发生器 3—卡门涡旋
合理地设计进气通道截面积和涡旋发生器的尺寸，可使发动机进气流速范围内的St为一常数。这样，只要测出卡门涡旋的频率f，就可以知道空气的流速v，空气的流速v乘以空气通道的截面积便可获得进气体积流量。卡门涡旋式空气流量传感器就是依据这样的原理，通过检测涡旋发生器后的空气涡旋频率来获得空气流量参数。
2.涡旋式空气流量传感器的结构类型
在汽车上使用的涡旋式空气流量传感器测量涡旋的方法主要有反光镜检测法和超声波检测法两种。
二、反光镜式空气流量传感器
反光镜式卡门涡旋空气流量传感器是利用涡旋发生器在产生涡旋时，其两侧压力会发生变化的这一特点来检测涡旋频率，工作原理如图3-8所示。
用导压孔将涡旋发生器的压力振动引向用薄金属制成的反光镜片，当进气流通过涡旋发生器而产生涡旋时，反光镜就会随之产生振动。反光镜片将发光管投射的光反射给光电管，在反光镜振动时，光电管便会产生一个与涡旋频率相对应的脉冲电压信号。
图3-8 反光镜式卡门涡旋空气流量传感器原理
1—支撑片 2—反光镜片 3—发光二极管 4—光电管 5—板簧 6—卡门涡旋 7—导压孔 8—涡旋发生器
反光镜式卡门涡旋空气流量传感器的外形及构成如图3-9所示。
图3-9 反光镜式卡门涡旋空气流量传感器
1—反光镜片 2—发光二极管 3—簧片 4—光敏元件 5—卡门涡旋 6—导力管 7—涡旋发生器 8—整流栅
三、超声波式空气流量传感器
超声波式卡门涡旋空气流量传感器是利用涡旋会引起空气疏密变化这一特点来检测涡旋的频率，检测原理如图3-10所示。
图3-10 超声波式卡门涡旋空气流量传感器
1—整流器 2—涡旋发生器 3—涡流稳定板 4—信号发生器 5—超声波发生器 6—送往进气管的空气 7—超声波接收回路 8—整形后矩形波 9—接收器 10—卡门涡旋 11—接电控单元 12—空气旁通管路
超声波发生器发出超声波，并通过发射器向涡旋的垂直方向发射超声波。另一侧的超声波接收器接收到随空气的疏密变化而变化的超声波，此波经接收回路信号处理后，便成了与涡旋频率相对应的矩形脉冲信号。
涡旋式空气流量传感器输出以脉冲的频率来计量空气流量的数字式信号，所以输入到ECU后无需进行模/数转换。此外，由于无可动部件，信号反应灵敏，测量精度也比较高，因而在汽车上得到了应用。
四、卡门涡旋式空气流量传感器的检测方法
1.卡门涡旋式空气流量传感器常见故障及影响
卡门涡旋式空气流量传感器可能出现的故障有：内部电路的电子元件损坏、温度传感器失效等，常见的故障及影响见表3-5。
表3-5 卡门涡旋式空气流量传感器的常见故障及影响
2.卡门涡旋式空气流量传感器故障检修方法
卡门涡旋式空气流量传感器故障检修的一般方法如下：
1）外观检查。检查插接器有无松动、插接器端子有无弯曲或锈蚀。
2）检查整流栅。检查传感器进气入口端蜂窝状空气整流栅有无变形或损坏，如果有，则需更换传感器。
3）检测温度传感器电阻。断开传感器插接器后，用电阻表检测空气流量传感器的温度传感器输出端子与搭铁端子之间的电阻，并与标准参数比较。如果电阻值不正常，则需更换空气流量传感器。
4）检测传感器电源电压。断开传感器插接器，并接通点火开关（ON），用直流电压表测量插接器插头侧（线束侧）流量信号端子及温度信号端子对搭铁电压。正常电压应为5V左右，如果电压过低或无，则需检测传感器与发动机电控单元（ECU）之间的线路，若线路正常，ECU的电源线路也无问题，则需要更换发动机ECU。
5）检测信号电压。重新连接传感器插接器，并起动发动机（若发动机能起动），用直流电压表检测信号端子的电压，应在低于5V的某个值，并随发动机转速的上升而增大（脉冲信号的频率增大）。如果流量信号不正常，则需更换传感器。
3.卡门涡旋式空气流量传感器故障检修实例
（1）丰田雷克萨斯（LEXUS）轿车卡门涡旋式空气流量传感器的检测
丰田雷克萨斯（LEXUS）轿车1UZ-FE发动机采用反光镜式卡门涡旋空气流量传感器，其内部电路如图3-11所示。
图3-11 卡门涡旋式空气流量传感器内部电路
a）传感器接线端子及检测示意图 b）传感器电路
当故障自诊断系统显示故障信息为空气流量传感器或其电路有故障时，就需通过相应的检测来确认是传感器的故障还是线路故障。故障检测方法如下：
1）直观检查线路。检查传感器插接器有无松动，断开插接器后查看插接器端子有无锈蚀，若有，予以修复。
2）检查整流栅。检查传感器进气入口端蜂窝状空气整流栅有无变形或损坏，如果有，则需更换传感器。
3）检测电阻。断开传感器插接器后，用电阻表检测THA—E2端子之间（进气温度传感器）的电阻，其正常值见表3-6。如果电阻值不正常，则需更换空气流量传感器。
表3-6 1UZ-FE发动机用卡门涡旋式空气流量传感器电阻参数
4）检测电压。重新连接传感器插接器，用直流电压表检测各端子的电压，其检测方法与正常值见表3-7。如果有电压不正常，则需检查传感器相应端子与ECU之间的线路及ECU是否正常，方法是：断开传感器插接器，并再接通点火开关，检测插接器（线束侧）上的相应端子与搭铁之间的电压，正常情况KS、VC、THA端子与搭铁之间的电压应为4.5～5.5V。如果电压低或无，需检修有关的线路，若线路正常，则需检查或更换ECU；如果电压正常，则说明线路及ECU均正常。
表3-7 1UZ-FE发动机用卡门涡旋式空气流量传感器电压参数
5）检测传感器信号电压。检测传感器信号输出端子电压，以确认故障，方法是：起动发动机，在怠速工况下，检测传感器KS与E2两端子之间的电压，应为2～4V；检测传感器THA与E2端子之间的电压，应为0.5～3.4V。如果传感器信号端子的电压不正常，更换传感器。
传感器KS端子输出的是脉冲电压，因此，用示波器检测会更加直观准确。
（2）三菱轿车卡门涡旋式空气流量传感器的检测
三菱轿车发动机采用超声波式卡门涡旋空气流量传感器，其与发动机ECU的连接电路如图3-12所示。
传感器的2号端子为电源端子，直接连接蓄电池；传感器4号端子为传感器搭铁端子，通过连接ECU的24、14两端子搭铁；传感器1号端子为空气流量信号端子，连接ECU的10号端子；传感器的5号端子连接ECU的16号端子，向ECU提供大气压力信号；传感器6号端子连接ECU的8号端子，由ECU向传感器提供5V电源。
在进行了直观检查后，通过下面的检测来诊断传感器是否有故障。
1）检测1号端子的静态电压。接通点火开关（ON），用直流电压表测量传感器1号端子的对搭铁电压，应为5V左右。如果电压低或无，检查线路又无异常，则需更换传感器。
图3-12 三菱轿车空气流量传感器与ECU的连接电路
2）检测1号端子的工作电压。起动发动机，使发动机转速稳定在3000r/min，再测量1号端子对搭铁电压，应为2.2～3.2V。如果电压不正常，则更换传感器。
3）在点火开关关闭状态下，用电阻表测量传感器4号端子与搭铁之间的电阻，应为0Ω。如果电阻较大或无穷大，则需检查传感器的搭铁线路。
