汽车空气流量计原理及维修图解

空气流量计一般安装于空气滤清器后的进气管道中，如图3-2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

（1）翼片部分 翼片部分的构造如图3-3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。

测量翼片随空气流量的变化，在主空气通道内偏转，同时缓冲翼片在缓冲室内偏转。缓冲室内的空气阻力对缓冲翼片起阻尼作用，当发动机吸入的空气量急剧变化和气流脉动时，能够减小测量翼片的脉动，以保证输出信号平稳。当复位弹簧的弹力与吸入的空气气流对测量翼片的推力平衡时，翼片即处于某一稳定位置。

图3-2 空气流量计安装位置

图3-3 翼片部分结构图

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。

（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、调整齿圈和印制电路板组成，如图3-4所示。

螺旋复位弹簧的一端固定在翼片转轴上，另一端固定在调整齿圈上，调整齿圈由一卡簧锁止。调整齿圈上有刻度标记，改变调整齿圈的固定位置，可以调整弹簧的预紧力，以便在使用中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和滑臂，随测量翼片一起转动，滑臂与印制电路上的镀膜电阻接触，并在其上滑动。印制电路板采用陶瓷基镀膜工艺制成。

图3-4 电位计部分结构图

（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4与6之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压U_s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4与6之间的电阻值增大，两端子之间输出的信号电压U_s升高。工作原理如图3-5所示。

图3-5 翼片式空气流量计工作原理图

（4）检测 如图3-3、图3-5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以增大回位弹簧弹力，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侧端子5、4、6和7与端子E2间的电压。使点火开关置于“ON”，测量端子5与E2端子间的电压应为13.5V，端子4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。测量端子6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。全闭时为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，测量端子5与E2之间的电阻约为400Ω，端子4与E2间的电阻约为300Ω；测量端子6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；测量端子7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；检查燃油泵开关，计量板（翼板）稍开，Fc和E1之间的电阻应为0Ω，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表3-1所示。

表3-1 翼片式空气流量传感器各端子间的电阻（丰田PREVIA）

案例：空气流量计引起的动力不足故障

检查时，一只手用旋具推动翼片，另一只手用万用表测量电位计输出电阻，观察电阻值是否能平滑地变化。若检查发现翼片转动灵活，万用表上显示电阻值也随翼片转动而平滑变化，但翼片开度大于70%后，再加大其开度，电位计输出的电阻值却不变，说明空气流量计的电位计已损坏。这是因为翼片开度大于70%后，由于无增大喷油量的信号传给电控单元，因此才出现大负荷时动力不足、供油下降的现象。此时，只有更换空气流量计才能排除故障。

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。按其结构形式，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3-4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（即发生频率）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：反光镜检测法和超声波检测法。

卡门旋涡式空气流量计的构造如图3-6所示。

（1）反光镜检测法 反光镜检测法的旋涡检测装置由反光镜、发光二极管和光敏晶体管、板弹簧等组成，如图3-7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，如图3-8所示。在反光镜产生偏转振动的同时，发光二极管投射到反光镜上的反射光束的方向也以相同的频率变化。当发射光束发射到光敏晶体管上时，光敏晶体管输出高电平，反之则为低电平。对应连续产生的卡门旋涡，光敏晶体管输出与之对应的脉冲数，通过对光敏晶体管发出的电脉冲计数，即可算出旋涡的发生频率，进而算出空气的流速和体积流量。

（2）超声波检测法 超声波检测法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，如图3-9所示。

发动机运行时，超声波信号发生器不断地向接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过发动机进气气流到达接收器时，因受卡门旋涡引起的空气密度变化的影响，超声波频率的相位将发生变化，接收器测出这一相位变化，利用放大器把它们整形为矩形波，根据矩形波的脉冲频率，即可计算出卡门旋涡的发生频率。

图3-6 卡门旋涡式空气流量计结构图

图3-7 反光镜检测法

图3-8 反光镜检测法原理

图3-9 超声波检测法

（3）检测 以雷克萨斯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。电阻检测如图3-10所示，其数据参数见表3-2。波形检测如图3-11所示。

图3-10 雷克萨斯LS400卡门涡旋式空气流量传感器与ECU的连接电路

a）测量示意图 b）电路图

表3-2 卡门涡旋式空气流量传感器各端子间的电阻/电压（丰田雷克萨斯LS400）

图3-11 波形检测

图3-12 热线式空气流量计的构造

图3-13 热线式空气流量计的工作原理图

3.热线式空气流量计

热线式空气流量计的基本构造如图3-12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 如图3-13所示，当温度较低的进气气流流过放置在空气通道中温度较高的热线时，热线与空气发生热量交换，使热线温度下降。通过热线的空气质量流量越大，被空气带走的热量也越多，热线温度下降也越多。由于热线是单臂电桥电路的一个组成部分（即电阻R₂），当热线温度下降、电阻值发生变化时，电桥出现不平衡。为了使电桥平衡，必须加大流过热线的电流，使热线温度升高，阻值恢复到使电桥平衡的值。由此可知，流过热线的空气质量越大，空气带走的热量也越多，为保持电桥平衡，维持热线温度所需的电流也越大，反之则越小。热线式空气流量计正是利用流过热线的空气质量与保持热线温度所需热线电流的对应关系测量空气的质量流量的。发动机工作时，热线所需的加热电流一般在50～120mA之间。(www.xing528.com)

图3-14 热线式空气流量计电路图

为了克服热线易受污染的缺陷，有些电控系统在ECU中设有自洁电路，在发动机熄火后，自动将热线加热至1000℃，持续1s，将尘埃烧掉；也有一些电控系统将热线的保持温度提高至200℃，防止污染物玷污热线。

（2）检测 如图3-14所示。

1）空气流量计输出电压信号的检查。检查时拔下空气流量计的插接器，拆下空气流量计。把蓄电池电压施加于流量计端子电源与地之间，然后测量输出端子与地之间的电压，其标准值为1.1～2.1V（NISSAN VG30E）之间。若电压值不符，则需要更换空气流量计。

在进行上述检查后，从热线式空气流量计进气口吹风。与此同时，测量输出端子与地之间的信号电压，电压值应为2.4V。

2）自洁功能检查。装好空气流量计及其插接器，起动发动机，并高速运转，然后使发动机熄火。当发动机熄火5s后，从空气流量计的进气口处可以观察到热线自动烧红1s。如无此现象发生，需测自洁信号或更换空气流量计。

案例一：桑塔纳怠速不稳、排气管冒黑烟

1）故障现象：一辆桑塔纳2000GSi轿车，出现发动机怠速不稳，排气管冒黑烟，行驶有冲击和加速不良的故障现象。

2）故障诊断与排除：

①根据故障现象可判断故障原因为喷油量过多，混合气过浓，需检查发动机。

②进行外部检查，发动机各部件齐全良好，线束插接器、导线及真空软管无松动、脱接，空气滤清器及进气管路无堵塞现象。

③用燃油压力表测量燃油系统压力，怠速时压力为250kPa，拔下燃油压力调节器上的真空软管时压力为300kPa，说明燃油系统压力正常。

④拆下4只喷油器，在清洗机上进行喷油试验，工作良好。

⑤拆下火花塞，发现火花塞的电极表面上有积炭，但跳火正常。

⑥拆下节气门体，检查时无发卡现象。将其清洁后装复，并用诊断仪进行了基本设定。

⑦经过以上检查调整后故障未被排除。接着起动发动机，连接诊断仪，选择地址“01”，输入“02”功能，诊断仪显示“系统正常，无故障码”。

⑧选择“08”功能，读取测量数据块。怠速时，诊断仪显示空气流量质量为5.4g/s，喷油脉宽为3.4ms，氧传感器的信号电压在0.73～1.0V变化。用数字万用表测得空气流量传感器的2号端子、4号端子的电压分别为12V和5V。在怠速工况下，空气流量明显超过正常值（2.0～4.0g/s），故空气流量传感器有问题。

⑨更换空气流量传感器后，发动机怠速平稳，加速有力，排气管不再冒黑烟。

桑塔纳2000GSi轿车采用的AJR发动机是根据空气流量信号、节气门传感器信号和曲轴转角信号来确定混合气空燃比和点火时间的。如果空气流量传感器的损坏使发动机ECU接收到比实际空气流量大的空气流量信号，发动机ECU就指令喷油器增加喷油量，造成实际喷油量过多，混合气过浓，从而引发了上述故障。该车的空气流量计连接电路图、空气流量计插头端子如图3-15所示。

案例二：速腾1.8T发动机无规律熄火

1）故障现象：一辆速腾1.8T AT轿车，自购买以来一直存在行驶中发动机突然熄火的现象，熄火前偶尔伴有加速无力现象，熄火后重新起动一切正常。故障发生频次1～3次/月。

2）故障诊断与排除：

①由于该故障出现过多次，因而也多次进站维修，于是通过服务站调取了以前的维修记录，各次的故障记录如下：

图3-15 桑塔纳2000GSi空气流量计电路与端子图

a.检测发动机ECU中存有16486—空气流量计信号太小/偶发的故障，服务站为客户处理车身搭铁。

b.更换了汽油滤清器，试车，故障依旧。

c.再次熄火后服务站为其升级了发动机ECU，同时更换了发动机线束，并对空气流量计线束绞接，固定空气流量计插头。

d.不同时期共清洗过节气门4次。

e.更换过空气流量计。

图3-16 维修前的空气流量计线束插头

②根据以上故障现象发生的条件及故障码分析，该车的熄火原因属于瞬间混合气配比不正确导致混合气过稀或过浓出现的车辆熄火故障。进一步分析，可能性最大的即是空气流量计信号错误，由于该车曾经更换过空气流量计，所以整个工作重点都落在空气流量计线束上。根据服务站维修记录，曾经更换过发动机线束。经过仔细核对线束发现，空气流量计的线束插头根本不在发动机线束上，而是与车身线束集成在一起。维修前的空气流量计插头如图3-16所示。

③对空气流量计插头端子进行维修处理，具体维修措施如下：拔下空气流量计插头，用退线工具退出原车空气流量计插头内的端子，并将几根导线错开剪短（便于接线及防止导线间短路），然后将直径为1.0mm的维修专用线束（带端子）插到插头内，并将两根信号线绞接在一起。

④利用退线工具维修线束插头后，该车几个月没有再现此故障。

⑤又用信号模拟仪输出矩形波信号来代替空气流量计信号，当频率为35Hz时，喷油量为2.6ms，发动机怠速运转平稳，不冒黑烟；将频率调到110Hz，喷油时间略微上升，发动机也运转平稳，不冒黑烟。因此可以断定该故障是由空气流量计引起的。

⑥将新的空气流量计换上，起动发动机，发动机运转正常，不冒黑烟。再次读取数据，正常怠速时喷油时间为2.6ms左右，空气流量计的输出信号为30Hz左右。至此，发动机故障排除。

4.热膜式空气流量计

热膜式空气流量计的结构如图3-18所示。

工作原理：工作原理如图3-19所示。它的工作原理与热线式空气流量计基本相同。热膜式空气流量计的主要特点是：发热体由热线改为热膜，热膜为固定在薄的树脂膜上的金属铂，或者用厚膜工艺将热线、冷线、精密电阻镀在一块陶瓷片上，有效地降低了制造成本。热膜式空气流量计的发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，从而提高了发热体的强度和工作可靠性，且结构简单，使用寿命长，不易受尘埃污染。这种流量计的主要缺点是空气流速不均匀，易影响测量精度。采用这种空气流量计的车型有上海大众的桑塔纳2000型时代超人、马自达626等。

图3-18 热膜式空气流量计的结构

图3-19 热膜式空气流量计工作原理图

大多数国产大众系列乘用车都采用热膜式空气流量计。在使用中经常会出现因空气流量计性能衰减而导致发动机出现故障的现象，但发动机ECU并不储存有关空气流量计的故障码，这是因为空气流量计的性能并未完全丧失。

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

1）故障现象：发动机怠速不稳，急加速时有“坐车”现象。

2）检查与排除：用V.A.G1551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插接器后，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。

3）故障分析：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又断开了氧传感器闭环控制，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

1）检查与排除：用V.A.G1551故障阅读仪调取故障码，无故障码显示。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插接器，故障现象依旧，说明故障原因不在氧传感器。这时，读取数据流，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2.3 g/s。

2）故障分析：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。