电控发动机空气流量传感器示教板的设计设计.doc

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1、 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） （20112011 届）届） 题题 目：目：电控发动机空气流量传感器示教板的设计 学学 院：院： 职业技术教育学院 专专 业：业： 汽车维修工程教育 学生姓名：学生姓名： 吴秋红 学号：学号： 07520111 指导教师：指导教师： 曹红兵 职称：职称： 副教授 合作导师：合作导师： 职称：职称： 完成时间：完成时间： 2011 年 4 月 25 日 成成 绩：绩： 浙江师范大学本科毕业设计浙江师范大学本科毕业设计( (论文论文) )正文正文 目目 录录 摘要1 英文摘要1 1 引言1 2 空气流量传感器结构组成及工作原理2 2.1 热线（膜）式空气

2、流量传感器的结构组成和工作原理2 2.2 叶片式空气流量传感器的结构组成和工作原理4 2.3 卡门涡旋式空气流量传感器的结构组成与工作原理5 3 空气流量传感器的检修7 3.1 热线（膜）式空气流量传感器的检修7 3.2 叶片式空气流量传感器的检修8 3.3 卡门涡旋式空气流量传感器的检修9 4 空气流量传感器示教板的设计12 4.1 示教板的总体布局12 4.2 空气流量传感器故障设置点13 4.2.1 热膜（线）式空气流量传感器的故障设置.13 4.2.2 叶片式空气流量传感器的故障设置.14 4.2.3 卡门涡旋式空气流量传感器的故障设置.15 4.3 示教板的制作材料及工艺16 4.4

3、 示教板使用说明书16 5 结论与展望18 参考文献20 1 电控发动机空气流量传感器示教板的设计电控发动机空气流量传感器示教板的设计 职业技术教育学院 汽车维修工程教育专业 吴秋红（07520111） 指导教师：曹红兵（副教授） 摘要摘要：本文在深入学习 4 种空气流量传感器的组成、工作原理的基础上，对各传感器 进行线路改造，模拟空气流量传感器的各种故障，最终设计了空气流量传感器示教板。为 了教学而设计的电控发动机空气流量传感器故障模拟示教板，不仅解决了教学需求与学校 条件不足的矛盾，并且能使学生更加直观地认识和掌握各种空气流量传感器的基本组成和 工作原理，学习发动机检测和排除故障的基本方法

4、，有利于提高他们的实际操作技能，提 高教学效率和教学效果。 关键词：关键词： 电控发动机；空气流量传感器；模拟试验；实验装置；实验方法 Design of teaching board about Electronic-controlled Engine Air flow sensor Name:Wu Qiu-hong Director:CAO Hong-bing (Automobile maintenance engineering education,vocational of Technical Education College, Zhejiang Normal University,

5、07520111) Abstract： Malfunction Simulation test bench for electronic-controlled engine air flow sensor may be used to meet demand of teaching and studying . It is helpful to students to study engine structure and function, to learn testing and trouble shooting . Thus it can be used to enhance their

6、actual operating techniques and improve the efficiency and effect of teaching and studying . Key words：electronic-controlled engine；air flow sensor；simulation test bench；experimental device；experimental method 1 1 引言引言 随着传感器向电子化和数字化方向发展，传感器的输出值将得到更多的相 关利用。而在众多传感器中，空气流量传感器是电控发动机关键的传感元件。 它检测的进气量信号是控制单

7、元计算喷油时间和点火时间的主要依据。又因为 空气流量传感器与发动机转速信号确定基本喷油量，如果空气流量传感器信号 偏弱，或随着节气门开度的增加，空气流量传感器信号上升很小，造成基本喷 油量少，但实际进气量随着节气门开度的增加而增加，结果造成混合气稀，加 速时动力反而下降，甚至熄火。此时，由于空气流量传感器有信号，没有故障 码输出，由此给故障诊断与排除带来一定的困难。所以，在电喷发动机的检修 2 实践中，空气流量 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 3 传感器的检测与维修占有非常重要的地位，空气流量传感器结构原理、检测诊 断的教学也就成为职业学校汽车运用与维修专业电喷发动机结构原理与检修

8、 的教学重点与难点之一。为了突破这一教学瓶颈，特设计了空气流量传感器示 教板 供学习者更直观的理解掌握空气流量传感器的组成、工作原理及故障诊断方法。 因为车用传感器种类逐渐增多，给人们带来巨大便利与效益之时，也给维 修新手及维修学员带来学习的难度.而由于时间、教学经费等的限制，让每一所 学校都拥有充足的车型、设备是很难实现的。基于此，各种传感器示教板纷纷 问世。在一定程度上缓解了汽车教学在理论与实际无法紧密结合的尴尬局面， 同时填补了条件不足的空白，成为了理论与实际的连接纽带。并且汽车电控系 统系列示教板产品，为汽车电子技术的研究提供了很好的手段，同时方便了理 论教学，给学生创造了接近实际的实

9、习环境。因此示教板在汽车教学中使用， 已收到较好教学效果.目前，市场上的汽车示教板形式多样、种类繁多。涉及到 发动机、底盘的各部件。诸如：电控发动机故障模拟实验台、自动变速器示教 板等等。随着电控技术在汽车上的广泛应用，各种传感器也相应的配备在汽车 上。因此，各种传感器的示教板也出现在市场上。 随着电控技术的飞速发展，电子控制点火系统、电子控制喷射系统等在汽 车的应用，汽车整车的零件种类将更趋复杂，零件的维修将更加困难，有时会 出现不能诊断出故障原因的尴尬局面。这些都是由于对电子元件或者是传感器 等的工作原理缺乏深刻的理解。示教板伴随着这些问题出现之后，由于其成本 低、直观方便，受到热捧，在各

10、个行业飞速发展。国内也有很多相关企业进行 开发和研制。特别是一些教学常用车型：桑塔纳、丰田凌志、丰田佳美等的实 验台架技术已相当成熟。虽然示教板技术发展迅速，却要看到一些不足：一， 在众多示教板中，以实验台居多。而实验台本身结构也非常复杂且成本不菲。 二，如果把传感器全都具体的展示，则试验台过于复杂及体积庞大。但是如果 不具体展示出传感器的结构及电路等，学生对传感器的认识不够全面。基于此， 设计单独传感器的示教板很有必要。 2 2 空气流量传感器结构组成及工作原理空气流量传感器结构组成及工作原理 2.12.1 热线（膜）式空气流量传感器的结构组成和工作原理热线（膜）式空气流量传感器的结构组成和

11、工作原理 博世 LH 型燃油喷射系统及别克、日产 MAXIMA（千里马） 、沃尔沃等一些高 档轿车采用热线式空气流量传感器。国产桑塔纳 2000GSi、捷达 GT（GTX） 、帕 萨特 B5 2.8L 等装配的则是热膜式空气流量传感器。 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 4 热线式空气流量传感器安装在空气滤清器和进气软管之间，基本结构由感 知空气流量的白金热线（铂金属线） 、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻 （冷线） 、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传感器的壳 体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气流量传感 器分为主流测量、旁通测量方式两种

12、结构形式。图 2-1 所示是采用主流测量方 式的热线式空气流量传感器的结构图。它两端有金属防护网，取样管置于主空 气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线线径为 70m 的白金丝（RH） ，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电 路的一个臂（如图 2-2a） ） 。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电 阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻（RK） ，是惠斯顿电桥电路的 另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻（RA） 。此电阻能 用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气流 量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有

13、一个臂的电阻 RB安装在控制线路板 上。 热线式空气流量传感器的工作原理如图 2-2b 所示，热线温度由混合集成电 路 A 保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集 成电路 A 使热线通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热线 RH的 电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流 IH随空气质量流量增大而增大， 或随其减小而减小，一般在 50120mA 之间变化。 图 2-1 热线式空气流量传感器（主流测量方式）的结构 1-防护网 2-取样管 3-白金热丝 4-温度补偿电阻 5-控制线路板 6-电连接器 a） 内部电路 b）工作原理 电控发动机空气流量传感器示教板的

14、设计与开发 5 图 2-2 热线式空气流量传感器（主流测量方式）的内部电路及工作原理 热膜式空气流量传感器是热线式的改进产品，其结构、工作原理与热线式 基本相同，只是发热元件采用的是由铂金属片固定在树脂薄膜上而构成的热膜， 优点是提高可靠性和耐用性，不粘附灰尘。其结构如图 2-3 所示。 a）结构图 b）剖视图 图 2-3 热膜式空气流量传感器 l-控制电路 2-通往发动机 3-热膜 4-上流温度传感器 5-金属护网 2.22.2 叶片式空气流量传感器的结构组成和工作原理叶片式空气流量传感器的结构组成和工作原理 传统的博世 L 型燃油喷射系统和丰田佳美（CAMRY） 、子弹头大霸王 （PREV

15、IA） 、皇冠（CROWN）2.8 等一些中档车型采用叶片式空气流量传感器。 如图 2-4 所示，其结构由旋转叶片、电位计、进气温度传感器、接线插座四部 分组成。 在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转叶片（测量片） ，如图 2- -5 所示， 作用在轴上的回位弹簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经 过推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量 片的推力与测量片轴上回位弹簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵 节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也 就愈大。 图 2-4 叶片式空气流量传感器 图 2-5 旋转叶片 在测量片轴上

16、连着一个电位计，如 如图 2-6 所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角 度的变化（即进气量的变化）转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器 1-进气温度传感器 2-电动燃油泵动触点 3-回位弹簧 4-电位计 5-导线连接器 6-CO 调节螺钉 7-旋转叶片（测量片）8-电动燃油泵静触点 1-空气进口 2-进气温度传感器 3-阀门 4-组尼室 5-缓冲片 6-旋转叶片（测量片） 7-主气路 8-支气路（旁通气道） 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 6 与 ECU 连接。ECU 根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测 得发动机的进气量，如图 2-7 所

17、示。根据设计电路的不同，叶片式空气流量传 感器又可分为信号电压上升型（随着进气量的增大信号电压升高）和信号电压 下降型（随着进气量的增大信号电压降低）这两种类型，丰田皇冠 2.8 5M-E、 丰田大霸王 2TZ-FE 发动机采用的是信号电压上升型，丰田凌志 ES300 采用的是 信号电压下降型。 图 2-6 与测量片同轴的电位计图 图 2-7 叶片式空气流量传感器工作原理图 在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图 2-8 所示。 当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转； 发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此 时，即使

18、点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。空气流量传感器内还 有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。 叶片式空气流量传感器导线连接器一般有 7 个端子，如图 2-9 中的 39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动燃油泵控制触点开关取 消后，变为 5 个端子的。图 2-9 表示出了日产和丰田车用叶片式空气流量传感 器导线连接器端子的“标记” 。其端子“标记”一般标注在连接器的护套上，具 体含义如下：THA-进气温度传感器信号、VS-空气流量传感器输出信号、VC-基准 电压、VB-电源电压、E2-搭铁、FC-燃油泵开关、E1-搭铁。 图 2-8 叶片式空气流

19、量传感器电路原理图 图 2-9 叶片式空气流量传感器导线连接器端子 2.32.3 卡门涡旋式空气流量传感器的结构组成与工作原理卡门涡旋式空气流量传感器的结构组成与工作原理 1-空气进口 2-电动燃油泵触点 3-平衡片 4-回位弹簧 5-电位计 6-空气出口 1-滑动臂 2-镀膜电阻 3-空气出口 4-旋转叶片 5-旁通气道 6-空气进口 1-电动燃油泵开关 2-可变电阻 3-固定电阻 4-热敏电阻（进气温度传感器） 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 7 丰田凌志 LS400 轿车 1UZ-FE 发动机采用的是卡门涡旋式空气流量传感器。 如图 2-10 所示。在进气管道正中间设有一流线

20、形或三角形的涡流发生器，当空 气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则 的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依 次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通 过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时 间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。 测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种。图 2-11 所示是反光镜检出式卡门涡旋流量传感器，其内有一只发光二极管和一只 光敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光 敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的

21、金属簧片上。金属簧片在进气气流旋 涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由 于反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏 三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU 根据光敏三极管导通、截止的 频率即可计算出进气量。凌志 LS400 轿车 1UZ-FE 发动机即为这种型式的卡门涡 旋式空气流量传感器。 a）结构 b）工作原理 图 2-10 卡门涡旋式空气流量传感器的结构和工作原理 1-整流栅 2-涡流发生器 3-超生波发生器 4-卡门涡旋 5-超生波接收器 6-至进气管 7-反光镜 8-发光二极管 9-簧片 10-压力传递孔 11-光敏三极

22、管 图 2-12 所示为超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器。在其后半部的两 侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时，超声波发射器 不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接 收器时，由于受气流中旋涡的影响，使超声波的相位发生变化。ECU 根据接收 器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空 气流速和流量，然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 8 图 2-11 反光镜检出式 图 2-12 超声波检出式 3 3 空气流量传感器的检修空气流量传感器的检修 3.13.1 热线（膜

23、）式空气流量传感器的检修热线（膜）式空气流量传感器的检修 如图 3-1 所示，桑塔纳 2000GSi AJR 发动机热膜式空气流量传感器（G70） 的供电电路为:继电器盒 30 号线燃油泵继电器（经过内部闭合的触点）熔 丝 S（30A）线路中插接器 T81.5 导线空气流量传感器端子 2。信号输出 电路为:空气流量传感器正信号由端子 50.5 导线电子控制单元 J220 插座 T80 端子 13，空气流量传感器负信号由端子 3J220 插座 T80 的端子 12。 图图 3-1 空气流量传感器连接电路及插头端子 检测供电电压。关闭点火开关，拔下空气流量传感器 5 芯插头，起动发 动机，用万用表

24、检测插头端子 2 和发动机搭铁点间的电压，应接近 12V 蓄电池 电压。如电压为 O，应检查熔断丝与端子 2 间的线路有无断路；若无断路，检 1-空气进口 2-进气歧管 3-光敏三极管 4-簧片 5-压力基准孔 6-涡旋发生器 7-卡门涡旋 8-整流栅 1-超生波发射器 2-超生波发生器 3-至发动机 4-与涡流数对应的疏密声波 5-整形后的矩形波 6-接 ECU 7-旁通气道 8-超生波接收器 9-卡门涡旋 10-涡流发生器 11-涡流稳定板 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 9 查燃油泵继电器。用万用表检测端子 4 与搭铁间的电压，应为 5V。若不正常， 检查 J220 的端子

25、11 电压是否为 5V。若是，则检查线路是否断路；若不是，更 换发动机 ECU。 也可用发光二极管试灯对供电电压进行检测。检测时，用发光二极管试灯 连接空气流量传感器插头端子 2 和发动机搭铁点，起动发动机，灯应亮。如果 灯不亮，应检查熔断丝与端子2 间线路有无断路或短路，如正常，则检查燃油泵 继电器。 检测线路导通性。接上传感器插头和空气滤清器，检测空气流量传感器 上端子 3、4、5 与发动机 ECU 上相关端子 12、11、13 间的线路电阻，其电阻值 应小于 1。如果线路有断路或短路，应修复。 检测信号电压。首先关闭点火开关，拆下空气滤清器。接通点火开关， 但不起动发动机，用 450W

26、的电吹风（冷风挡）向空气流量传感器吹气，测量传 感器插头端子 5（正信号线） 、端子 3（负信号线）间的电压，信号电压应在 2.04.OV 间变化。若电压不变化，说明空气流量传感器失效，应更换。 当用 VAG1551 或 VAG1552 进行数据流读取时，发动机怠速运转，读测量 数据块显示组 02，检查进气质量参数，标准值应为 2.04.0g/s。如果不在标准 范围内或者查询到空气流量传感器有故障，应检查传感器的供电电压。 3.23.2 叶片式空气流量传感器的检修叶片式空气流量传感器的检修 叶片式空气流量传感器常见故障有叶片总成摆动卡滞、电位计滑动触点磨 损而与镀膜电阻接触不良、油泵触点烧蚀而

27、接触不良等。 空气流量传感器的万用表检测有就车检测和单件检测两种方法，如图 3-2 丰田大霸王 2TZ-FE 发动机用叶片式空气流量传感器电路原理图，以它为例加以 说明。 图 3-2 丰田 PREVIA 2TZ-FE 发动机叶片式空气流量传感器电路原理 就车检测。点火开关置“OFF” ，拔下该流量传感器导线连接器，用万用 表欧姆挡测量连接器内各端子间的电阻。其电阻值应符合表 3-1 所示；如不符， 则应更换空气流量传感器。 THA-进气温度传感器信号 Vs-空气流量传感器输出信号 Vc-基准电压 VB-电源电压 E2-搭铁 Fc-燃油泵开关 E1-搭铁 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开

28、发 10 表 3-1 丰田 PREVIA 叶片式空气流量传感器各端子间的电阻 端子标准电阻（k）温度（） VS-E20.2-0.60- VC-E20.20-0.60- 10.00-20.00-20 4.00-7.000 2.00-3.0020 0.90-1.3040 THA-E2 0.40-0.7060 FC-E1不定- 单件检测。点火开关置“OFF” ，拔下空气流 量传感器的导线连接器，拆下与空气流量传感器进 气口连接的空气滤清器，拆开空气流量传感器出口 处空气软管卡箍，拆除固定螺栓，取下空气流量传 感器。 首先检查电动燃油泵开关，用万用表欧姆挡测 量 E1-FC端子电阻:在测量片全关闭时，

29、E1-FC间不 应导通，电阻为；在测量片开启后的任一开度上， E1-FC端子间均应导通，电阻为 0。图 3-3 叶片式空气流量传感器电位计电阻的 检测。然后如图 3-3 所示，用起子推动测量片，同时用万用表欧姆挡测量电位 计滑动触点 VS与 E2端子间的电阻:在测量片由全闭至全开的过程中，电阻值应 逐渐变大，且符合表 3-2 所示；如不符，则须更换空气流量传感器。 表 3-2 丰田 PREVIA 叶片式空气流量传感器各端子间的电阻 端子标准电阻（）测量片位置 测量片全关闭 FC-E1 0测量片开启 20-600全关闭 VS-E2 20-1200从全关到全开 表 3-3 丰田 CROWN2.8

30、5M-E 发动机叶片式空气流量传感器各端子间的电阻 端子温度（）测量片位置标准电阻（k） -完全关闭0.02 E2-VS -从关闭到全开0.021.00 -完全关闭 E1-FC -任何开度0 图 3-3 电位计电阻的检测方法 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 11 0-4.007.00 20-2.003.00 40-0.901.30 E2-THA 60-0.400.70 E2-VC-0.100.30 E2-VB-0.200.40 E2-FC- 3.33.3 卡门涡旋式空气流量传感器的检修卡门涡旋式空气流量传感器的检修 丰田凌志 LS400 轿车 1UZ-FE 发动机用反光镜检出式空气

31、流量传感器与 ECU 的连接端子与连接电路如图 3-4 所示，KS为空气流量信号输出端。 电阻检测。点火开关置“OFF” ，拔下空气流量传感器的导线连接器，如 图 3-4 所示，用万用表电阻挡测量传感器上“THA”与“E1”端子之间的电阻， 其标准值如表 4-4 所示。如果电阻值不符合标准值，则更换空气流量传感器。 图 3-4 LS400 1UZ-FE 发动机卡门涡旋式空气流量传感器与 ECU 的连接端子与连接电路 表 3-4 丰田凌志 LS400 1UZ-FE 卡门涡旋式空气流量传感器 THA-E2端子间的电阻 端子标准电阻（k）温度（） 10.0-20.0-20 4.0-7.00 2.0-

32、3.020 0.9-1.340 THA-E2 0.4-0.760 电压检测。插好此空气流量传感器的导线连接器，用万用表电压档检测 发动机 ECU 端子 THA-E2、VC-E1、KS-E1间的电压，其标准电压值见表 3-5 所示。 表 3-5 丰田 LS400 1UZ-FE 发动机卡门涡旋式空气流量传感器 ECU 端子间电压值 端子电压（V）条件 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 12 0.5-3.4怠速、进气温度 20 THA-E2 4.5-5.5点火开关 ON KS-E12.0-4.0（脉冲发生）怠速 VC-E14.5-5.5点火开关 ON 以上介绍了叶片式、卡门旋涡式、热线（膜

33、）式三种类型的空气流量传感 器。叶片式空气流量传感器在二十世纪 70 年代应用较广，它结构简单、价格便 宜、且具有良好的可靠性。但也存在如体积大、不便于安装、急加速响应滞后 较长、进气阻力较大以及需要补偿大气压力和温度的变化等一些缺点。为了克 服这些缺点，二十世纪 80 年代初相继出现了热线式、热膜式和卡门旋涡式等空 气流量传感器。尤其是热线式和热膜式空气流量传感器能测出空气质量流量， 避免了海拔高度引起的误差，再加上响应时间短，测量精度高。因此，已成为 现代汽车电子控制燃油喷射系统较流行的空气流量传感器。 另外，也还可采用示波器进行故障诊断。通过查看示波器显示的空气流量 传感器波形，判断传感

34、器是否存在。 各传感器波形图： 图 3-5 热膜式空气流量传感器波形 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 13 图 3-6 叶片式空气流量传感器波形 图 3-7 卡门涡旋式空气流量传感器 4 4 空气流量传感器示教板的设计空气流量传感器示教板的设计 4.14.1 示教板的总体布局示教板的总体布局 示教板总长 1400mm，总宽为 480mm,总高 1800mm.示教板桌面离地面 800mm，面板厚度为 230mm(在本设计中把面板之后的空间作为存放零件的空间， 所以厚度较厚)。整体台架采用国标钢材制作支撑架以支承示教板和在示教板上 的各种附件，支撑架采用焊接成形，焊接完成后，表面喷上灰

35、色的油漆。示教 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 14 板三视图见附图 1。 示教板面板上各元件都标出其名称并绘有彩色喷绘电路图，喷绘图由有机 玻璃保护，采用高强度高粘性的喷绘底膜材料，不易脱落掉色，学员可直观对 照电路图和实物，认识和分析空气流量传感器的工作原理。示教板的面板固定 在台架上。三种空气流量传感器（热膜式和热线式因结构基本相同，故只放置 一个）和检测端子集中安装在示教板的面板上，可直接在面板上利用检测仪器 检测空气流量传感器电路元件的电信号，如电阻、电压等信号参数，检测端子 采用透明有机玻璃丝印出各端子的名称。另外为了方便做动态试验（如采用电 吹风模拟工作状态时），将空

36、气流量传感器均横置在示教板上。并且面板上配 置有诊断接头，供示波器测量传感器波形使用。另外还配置有点火开关等附件。 示教板面板的布置见附图 2。 示教板主要是考虑了能够满足对空气流量传感器的结构、工作原理、故障 设置及诊断的教学需求而设计。其面板电压为 12V 直流（采用蓄电池即可满足 要求） ，台架配备有万向脚轮，并带有脚轮自锁装置。示教板后方有储物空间， 除了可以放置一些示教板本身带有的部件外，还可放置万用表等检测部件及一 些辅助部件。示教板的立体效果图见附图 3. 4.24.2 空气流量传感器故障设置点空气流量传感器故障设置点 空气流量传感器的断路故障设置采用的方式为：在需要设置断路的线

37、路上 设置断开开关。而空气流量传感器的信号超出范围的故障设置采用的方式是： 在需要设置故障的线路上，增加一个可变电阻。从而调节电阻大小，使空气流 量传感器信号发生异常变化。最后空气流量传感器的短路故障设置采用的方法 是：将原本正常连接的线路短接并设置短路的断开式开关。按下开关，可使原 本正常的线路短路。 4.2.14.2.1 热膜（线）式空气流量传感器的故障设置热膜（线）式空气流量传感器的故障设置 在深刻理解热膜式空气流量传感器的工作原理以及检测方法的基础上进行 热膜式空气流量传感器的故障设置。如图 4-1 所示： 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 15 图 4-1 热膜式空气流量传

38、感器原图及改造 如上所示：左图为热膜式空气流量传感器原理图，右图为热膜式空气流量 传感器线路改造图。从两图可明显的看出故障设置点，如下表所示： 表 4-1 热膜式空气流量传感器故障设置点 故障开关故障设置点故障现象 1 燃油泵继电器到空气流量传感器 “2”号端子断路 发动机不起动 2ECU“12”端子到传感器“3” 断路传感器不输出负信号 3 ECU“12”端子到传感器“3” 端子短 路、电阻超出正常范围 传感器输出信号失准、发动机起动困 难、怠速不稳 、排放超标等 4ECU“11”端子到传感器“4 断路”传感器得不到 5V 电源，不工作 5 ECU“11”端子到传感器“4” 短路传感器输出信

39、号失准、发动机起动困 难、怠速不稳等 6ECU“13”端子到传感器“5” 断路传感器不输出正信号 7 ECU“13”端子到传感器“5” 端子短 路、电阻超出正常范围 传感器输出信号失准、发动机起动困 难、怠速不稳等 4.2.24.2.2 叶片式空气流量传感器的故障设置叶片式空气流量传感器的故障设置 在深刻理解叶片式空气流量传感器的工作原理以及检测方法的基础上进行 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 16 叶片式空气流量传感器的故障设置。如图 4-2 所示： 图 4-2 叶片式空气流量传感器原图及改造图 如上所示：左图为叶片式空气流量传感器原理图，右图为叶片式空气流量 传感器线路改造图。

40、从两图可明显的看出故障设置点，如下： 表 4-2 叶片式空气流量传感器故障设置点 故障开关故障设置点故障诊断 1 进气温度传感器 THA 线路断路、 短路 电阻超出正常范围 检测进气温度传感器线路 实车上表现为发动机起动困难、怠速 不稳、排放超标等 2 空气流量传感器信号 Vs-E2输出 信号线路断路 检测 Vs-E2检测输出信号线路 实车上表现为发动机怠速不稳、加速 不良、排气管冒黑烟等 3 空气流量传感器信号 Vs-E2输出 电路电阻超出正常范围 发动机加速不良、进气管回火等 4 空气流量传感器信号输出电路 短路 空气流量传感器输出信号偏高、发 动机怠速不稳、排气管冒黑烟、自 动变速器无法

41、升入超速挡 5基准电压 Vc 电路断路空气流量传感器信号输出不准确导 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 17 致发动机怠速不稳、加速不良 6 基准电压 Vc 电路短路空气流量传感器输出信号偏高、发 动机怠速不稳、排气管冒黑烟 7汽油泵电路 Fc-E1断路发动机不能起动 4.2.34.2.3 卡门涡旋式空气流量传感器的故障设置卡门涡旋式空气流量传感器的故障设置 在深刻理解卡门涡旋式空气流量传感器的工作原理以及检测方法的基础上 进行卡门涡旋式空气流量传感器的故障设置。如图 4-3 所示： 左图为卡门涡旋式空气流量传感器原理图，右图为卡门涡旋式空气流量传 感器线路改造图。从两图可明显的看出

42、故障设置点。 故障开关故障设置点故障现象 1 进气温度传感器线路断路 电阻超出正常范围 发动机起动困难、怠速不稳、排放超 标 2 卡门涡旋式信号输出电路短路空气流量传感器输出信号偏高 。发 动机怠速不稳、排气管冒黑烟 等 3 卡门涡旋式信号输出电路断路发动机怠速不稳、加速不良 、排气 管冒黑烟等 4 电阻超出正常范围 空气流量传感器电源电压断路 传感器不工作 4.34.3 示教板的制作材料及工艺示教板的制作材料及工艺 面板上各个传感器均采用实物与 ECU 连接。ECU 选择时与原车型所采用的 传感器类型匹配。传感器与执行器在面板上的固定方式有铆接、固定带、螺钉 连接等。检测的端子布置在传感器与

43、 ECU 的线路中间。 （面板图上圆圈的位置即 图 4-3 卡门涡旋式空气流量传感器原图及改造图 表 4-3 叶片式空气流量传感器故障设置点 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 18 为检测端子） 。示教板的支撑架采用方钢管支撑示教板面板及各附件。由于空气 流量传感器示教板本身的部件较少，就不单独设置箱子，而在示教板面板之后 开设一个箱子，作为存储部件的空间。 （支撑架采用焊接成型，焊接完成后，表 面喷上油漆） 。示教板面板采用喷砂铝板。待传感器与 ECU 等安装到对应位置之 后，在各元件的相应处标出其名称，并用油漆喷绘到面板上。台架台面采用 2mm 薄钢板，表明经过喷塑处理。 4.4

44、4.4 示教板使用说明书示教板使用说明书 示教板上排列三个不同形式的传感器及不同类型 ECU 的实物。学员可直接 观察其外形及组成。 设置故障：接上 12V 电源，打开点火开关，按下故障键盘的故障号码，此 时故障设置键上的故障设置灯会亮，故障设置完成。倘若再按一次同样的故障 号码，故障设置将解除。 设置故障之后，观察传感器工作情况，并按照故障码读取的方法读出故障。 进一步分析造成故障的原因。最后消除故障代码。 表 4-4 热膜式空气流量传感器故障设置编号 故障开关故障设置点故障开关故障设置点 1 燃油泵继电器到空气流量 传感器“2”号端子断路 2 ECU“12”端子到传感器“3” 断路 3 E

45、CU“12”端子到传感器 “3”端子短路、电阻超 出正常范围 4 ECU“11”端子到传感器“4” 断路 5 ECU“11”端子到传感器 “4” 短路 6 ECU“13”端子到传感器“5” 断路 7 ECU“13”端子到传感器 “5” 端子短路、电阻超 出正常范围 8 ECU“13”端子到传感器“5” 断路 表 4-5 叶片式空气流量传感器故障设置编号 故障开关故障设置内容故障开关故障设置内容 9 进气温度传感器 THA 线路 断路、短路 电阻超出正常范围 10 空气流量传感器信号 Vs-E 输出信号线路断路 11 空气流量传感器信号 Vs- E2输出电路电阻超出正常 12 空气流量传感器信号

46、输出电路 短路 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 19 范围 13基准电压 Vc 电路断路14基准电压 Vc 电路短路 15汽油泵电路 Fc-E1断路 表 4-6 卡门涡旋式空气流量传感器故障设置编号 故障开关故障设置点 16进气温度传感器线路断路、电阻超出正常范 17卡门涡旋式信号输出电路短路 18卡门涡旋式信号输出电路断路、电阻超出正常范围 19空气流量传感器电源电压断路 故障设置成功之后，便可进行故障诊断与排除。 一般采用解码仪直接读取故障代码，初步了解故障发生的大概部位及原因。 表 4-7 热膜式空气流量传感器故障代码及含义 故障码故障诊断故障部位 00561燃油泵燃油泵、燃

47、油泵继电器 00552空气流量传感器信号不良空气流量传感器相应线路 00520空气流量传感器信号不良空气流量传感器相应线路 表 4-8 叶片式空气流量传感器故障代码及含义 故障码故障诊断故障部位 24进气温度传感器线路断路或短路进气温度传感器线路 34Vc 断路或者 Vc-E2短路空气流量计 Vc-E2线路 32E2 断路或 Vc 与 Vs 间断路空气流量计 Vc 与 Vs 的线路 表 4-9 卡门涡旋式空气流量传感器故障代码及含义 故障码故障诊断故障部位 31空气流量计电路开路或短路空气流量计相应线路 故障代码读取之后，借助万用表或其他检测工具，对线路进行进一步检测。 以作出最后判断。但是在

48、排除故障时要注意到：有时系统虽然没有显示空气流 量传感器的故障码，但实际上空气流量传感器的信号已经超出正常范围，而因 为 ECU 不能察觉到传感器信号的微量变化，导致人们忽视了对传感器的检查。 所以碰到这种情况，一定要重视传感器对发动机工作产生的影响。本示教板也 设置有此类故障点（即没有故障码，但空气流量传感器仍然存在故障的故障点） 。 电控发动机空气流量传感器示教板的设计与开发 20 5 5 结论与展望结论与展望 经过一系列的步骤，基于空气流量传感器的示教板设计完工。期间虽然碰 到很多问题，但在指导老师耐心的指导以及自身的努力探索之下解决了。此次 设计的空气流量传感器示教板，较直观的把传感器的结构组成及线路连接展示 在学生面前，使学生能够准确掌握各传感器的结构特征及与 ECU 的电路连接。 并且该示教板能够模拟大部分的空气流量传感器的故障。还可以模拟传感 器的一种较难察觉的故障：有时系统虽然没有显示空气流量传感器的故障码， 但实际上空气流量传感器的信号已经超出正常范围，而因为 ECU 不能察觉到传 感器信号的微量变化，导致人们忽视了对传感器的检查。所以争对这类故障， 本示教板设置了此类故障点（即没有故障码，但空气流量传感器仍然存在故障 的故障点） 。从而使学生牢固掌握空气传感器各种故障诊断方法，形成一种自动 化思维。以便在做整车诊断时，能快速判断出有关空气流量传感器的故障并且