活门式空气流量传感器的的结构。

活门式空气流量传感器装在汽油发动机上，安装于空气滤清器与节气门之间，其功能是检测发动机的进气量，并把检测结果转换成电信号，再输入微机中。该传感器是由空气流量计与电位计两部分组成。

先看空气流量传感器的工作过程。由空气滤清器吸入的空气冲向活门，活门转到进气量与回位弹簧平衡的位置处停止，也就是说，活门的开度与进气量成成正比。在活门的转动轴还装有电位计，电位计的滑动臂与活门同步转动，利用滑动电阻的电压降把测量片的开度转换成电信号，然后输入到控制电路中。

卡曼涡旋式空气流量传感器

为了克服活门式空气流量传感器的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围，并且取消滑动触点，有开发出小型轻巧的空气流量传感器，即卡曼涡旋式空气流量传感器。卡曼涡旋是一种物理现象，涡旋的检测方法、电子控制电路与检测精度根本无关，空气的通路面积与涡旋发生柱的尺寸变化决定检测精度。又因为这种传感器的输出的是电子信号（频率），所以向系统的控制电路输入信号时，可以省去AD转换器。因此，从本质来看，卡曼涡旋式空气流量传感器是适用于微机处理的信号。这种传感器有以下三个优点：测试精度高，可以输出线形信号，信号处理简单；长期使用，性能不会发生变化；因为是检测体积流量所以不需要对温度及大气压力进行修正。

当有卡曼涡旋产生时，就随着速度及压力的变化，流量检测的基本原理就是利用其中速度的变化。信号为方波、数字信号。进气量越多，卡曼涡旋的频率越高，空气流量传感器输出信号的频率就越高。

温温压补偿空气流量传感器，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。本仪表采用压电应力式传感器，可靠性高，可在-10℃～+300℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的流量。

空气流量传感器的最大优点是仪表系数不受测量介质物性的影响，可以由一种典型介质推广到其他介质上。但由于液、气的流速范围差别很大，导致频率范围亦差别很大。处理涡街信号的放大器电路中，滤波器的通带不同，电路参数亦不同，因此，同一电路参数不能用于测量不同介

空气流量传感器的仪表通经及其测量范围见下表：

检测原理

野外的架空电线被风吹时会呜呜发出声响。风速越高声音频率越高，这是因为气流流过电线后形成涡旋所致，液体、气体等流体中均会发生这种现象，利用这一现象可以制成涡旋式流量传感器。在管道里设置柱状物之后形成两列涡旋，根据涡旋出现的频率就可以测量流量。因为涡旋成两列平行状，并且左右交替出现，与街道两旁的路灯类似，所以有涡街之称。因为这种现象首先为卡曼发现，所以也叫作卡曼涡街超声波式卡曼涡旋空气流量传感器超声波空气流量传感器设有两个进气通道，主通道和旁通道，进气流量的检测部分就设在主通道上，设置旁通道的目的是为了能够调整主通道的流量，以便使主通道的检测特性呈理想状态。也就是说，对排气量不同的发动机来说，通过改变空气流量传感器通道截面大小的方法，就可以用一种规格的空气流量传感器来覆盖多种发动机。主通道上的三角柱和数个涡旋放大板构成卡曼涡旋发生器。在产生卡曼涡旋处的两侧，相对地设置了属于电子检测装置的超声波发送器和超声波接受器，也可以把这两个部件归入传感器，这两个电子传感器产生的电信号经空气流量传感器的控制电路（混合集成电路）整形、放大后成理想波形，再输入到微机中。为了利用超声波检查涡旋，在涡旋通道的内壁上都粘有吸音材料，目的是防止超声波出现不规则反射。

压力变化检测型卡曼涡旋式空气流量传感器

涡流是从涡旋发生器两端交替发生的，因此涡旋发生器两端交替产生的，因此涡旋发生器的两端的压力也是交替变化，这种压力的变化通过涡流发生器下游侧锥型柱上的导压孔引导到反光镜腔中，反光镜腔中的反光镜是用很细的张紧带张紧的，所以，张紧带上出现扭曲与振动，此外，利用板弹簧给张紧带加上适当的张力，由此，除振动与涡旋压力之外的压力变化等难以造成影响，从而可得到稳定的扭转与振动。

因涡旋出现而形成的压力经导压孔到反光镜腔中，与反射腔中的压力变化同步、反光镜在张紧带上形成扭转、振动。反光镜非常轻巧，即使在低流量、压力变化非常小的状况下，也会动作。在反光镜的上部，相应配置有发光二极管与光敏三极管等构成的光传感器，二极管发出的光经反光镜反射，并射到光敏三极管上时，就会变成电流，经波形电路后输出。

特性

当在30秒内使节气门从关闭到全打开，即快速打开时，曲线为经F/V变换后的卡曼涡旋空气流量传感器的输出特性，曲线为节气门的开度特性，空气流量传感器都能准确地反映出来（1~45毫秒）空气流速与频率关系：在非常宽的流速范围内空气流速与涡旋频率之间呈现直线关系。

带微差压力传感器的超声波型卡曼涡旋空气流量传感器：

卡曼涡旋空气流量传感器的特点：精度高、寿命长，可靠性高。但是，高性能的发动机即进一步降低油耗、提高输出功率的发动机还要求扩展进气量的检测范围，但是老式超声波型卡曼涡旋空气流量传感器在高流量的区域将产生过调制的现象，受这一因素的影响，这种传感器有计量范围不足的缺点。为此，又研制出带微差压力传感器的空气流量传感器。

1、采用压力损耗小的涡旋发生器：涡旋发生器的功能是在整个流量范围内形成稳定的涡旋。

2、压力损耗较小的管道结构。

3、测量微小的涡旋压力。

4、带微差压力传感器的空气流量传感器。

热丝式空气流量传感器的结构：

作为发热体的热丝是用直径为70um的铂丝制成的，张紧装于管道内部，设计时就使其比进气温度高120度。在温度传感器还有空气温度补偿电阻。它是由氧化铝陶瓷基片印刷的铂膜而形成的，它是于精密电阻一起设置在管道内。为防止附着在热丝上的灰尘等造成性能下降，设有灰尘燃烧电路，在点火开关置于断开档时，在一定的条件下，将热丝加热到1000度以上，并保持约1秒，烧掉灰尘等附着物。因为是用铂丝做发热元件，所以响应性好。

与此类似的还有热膜丝空气流量传感器（H/F），与H/W传感器类似，H/F也是采用平面形薄膜电阻器作为发热元件。制造方法是：在氧化铝基片上蒸发出的铂的薄膜，通过图形制作形成梳状电阻，再调节到所要求的电阻值，此后，作成保护膜，再接好电极引线。与热丝式相比，热膜式发热元件的响应性稍差，但因为它是通过图形法制成的，所以电阻值较高，消耗的电流小，可以做到小型、轻巧。此外，因其发热元件是平面型的，从上游观察时，可设法使其投影面积做的很小，这样的设置在计量通道内时就可以减少附着物，即提高抗污性。

节气门

节气门传感器用于把节气门开度转换成电压信号，通过ECU控制喷油量。常用的有开关式节气门位置传感器和线形节气门传感器两种，其中开关式节气门位置传感器虽然结构比较简单，但其输出是非连续的。除了上述三种，用于汽车发动机电子控制的传感器还有压力传感器、氧气传感器、温度传感器、爆震传感器、曲轴位置传感器、转速传感器等。现代汽车凡是采用电子控制的系统或装置，都离不开传感器，如自动变速器、汽车制动防抱死系统、驱动防滑系统等。车用电子装置越来越多，如安全报警装置、通信装置、娱乐装置以及为提高舒适、减轻疲劳采用的辅助驾驶装置等等。当然，国产汽车在电子控制技术方面才刚刚起步，主要集中在发动机的电子控制，正因为如此，汽车传感器压力开关在中国才会有更为广阔的发展空间。

空气流量

空气流量传感器发动机电子控制系统中很重要的一项控制内容就是最佳空燃控制，为达到这个目的，必须对发动机进气空气流量进行精确的测量。常用的空气流量传感器有风门式空气流量计、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。风门式空气流量计结构简单、可靠性高，但进气阻力大，响应较慢且体积大；而热线式空气流量计由于无运动部件，不但工作可靠，而且响应快，缺点是在流速分布不均时误差较大。虽然热膜式空气流量计的工作原理和热线式空气流量计类似，但由于热膜式传感器不使用白金线作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻等用厚膜工艺制作，在同一陶瓷基片上，使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，从而增加了发热体的强度，不但使空气流量计的可靠性进一步提高，也使误差减小，性能更好称重传感器。

空气流量喷油量

空气流量传感器（MAF）它通过感知进入发动机的空气所带走自身的热量来计算进入发动机的空气量，动力系统控制模块（PCM）利用空气质量流量监视实际进入发动机的进气量，并计算主要供油量。进入发动机的空气量大，空气流量传感器感知的数值就大，表示发动机正在处在加速或高负荷工况下，反之则表示发动处于减速或怠速状态。

长期/短期燃油调整是通过PCM改变喷油嘴脉冲宽度以保持发动机的空燃比尽量接近14.7∶1（最佳比例）。无论是短期燃油调整还是长期燃油调整的数据都可以通过汽车诊断仪进行检测。短期燃油调整和长期燃油调整之间重要的差别是前者表示短时期的小变化，而后者表示长时期的较大变。

短期燃油调整是汽车发动机电控系统的一部分。当发动机处于闭环状态时，短期燃油调整将对空燃比进行小的、临时的修正。短期燃油调整连续不断地监测来自氧传感器的输出电压，并以0.45V为参考点。当发动机处于闭环状态时，氧传感器的信号电压应在0.1～0.9V的恒定范围内变化。当PCM监测到的氧传感器电压在参考点0.45V附近稳定地变化时，PCM就连续地调整供油量，以保证发动机的空燃比尽量接近14.7∶1。短期燃油调整的数值用-100%～+100%之间的百分比表示，中间点为0%。如果短期燃油调整的数值为0%，则表示空燃比为为理想值14.7∶1，混合气既不太浓，也不太稀。如果短期燃油调整显示高于0%的正值，则表示混合气较稀，PCM在对供油系统进行增加喷油量的调整。如果短期燃油调整显示低于0%的负值，则表示混合气较浓，PCM在对供油系统进行减少喷油量的调整。如果混合气过稀或过浓的程度超过了短期燃油调整的范围，这时就要进行长期燃油调整

长期燃油调整值是由短期燃油调整值得到，并代表了燃油偏差的长期修正值。如果长期燃油调整显示0%表示为了保持PCM所控制的空燃比，供油量正合适；如果长期燃油调整显示的是低于0%的负值，则表明混合气过浓，喷油量正在减少（喷油脉宽减小）；如果长期燃油调整显示的是高于0%的正值，则表明混合气过稀，PCM正在通过增加供油量（喷油脉宽增大）进行补偿。长期燃油调整的数值可以表示动力控制模块已经补偿了多少。尽管短期燃油调整可以更频繁地对燃油供给量进行范围较广的小量调整，但长期燃油调整可以表示出短期燃油调整向稀薄或浓稠方向调整的趋势。长期燃油调整可以在较长时间后将朝所要求的方向明显地改变供油量。

空气流量信号是发动机电控单元（ECU）控制混合汽浓度的主信号之一，如果进气量增大，ECU控制的喷油量也大，反之亦然。

对汽车的影响

虽然空气流量传感器失常不至于造成发动机无法启动，但是肯定会影响发动机的动力性能，如怠速不稳、加速不良、进气管“回火”以及排气管冒黑烟等，同时引起尾气排放超标。

⑴引起发动机加速不良

一辆帕萨特GLi轿车，行驶里程4.5万km，将发动机加速到4200r/min，再踩加速踏板，发动机的转速反而下降。用VAG1551故障诊断仪检测，无故障码存储。读取4200r/min时的数据流，发现空气流量数据只能达到1.1～1.3g/s，而且不能随着节气门的开闭而变化。更换空气流量传感器后，故障被排除。究其原因。空气流量传感器的输出信号偏差不足以让电控单元（ECU）纪录故障码，但是由于空气流量信号不能准确反映实际的进气量，导致ECU据此控制的喷油量偏少，所以发动机的转速不升反降。

⑵导致进气管“回火”

一辆捷达王轿车。出现发动机怠速抖动，急加速时进气管“回火”的现象。检查进气系统，没有发现漏气。更换燃油滤清器，清洗4个喷油器，无效。检查燃油压力，怠速和加速时都正常。拆下空气流量传感器的插接器试车，故障现象大有好转。测量空气流量传感器各端子的电阻值，正常。最后发现，空气流量传感器的热膜式电阻上粘有灰尘。用汽化器清洗剂清除积尘后，故障被排除。

对于采用热膜式空气流量传感器的电喷发动机，它以恒定的电压加在热膜（电阻）的两端，使电阻发热，其温度由电路控制。ECU根据流过热膜电阻的电流大小来判断进气量的多少，并决定喷油量，以适应发动机不同工况的需要。如果热膜上积尘，形成隔热层，当进气量变大时，其温度变化减慢，所需电流变小，ECU据此确定的喷油量会减小。而此时的实际进气量比较大，于是导致混合汽过稀，最终引发发动机怠速抖动，急加速时“回火”等故障现象。

⑶自动变速器无法升入超速挡

如果空气流量传感器对地短路，将造成混合汽过稀，使发动机的输出功率下降，会导致自动变速器无法升入超速挡。此时应当更换空气流量传感器。

初步判断

空气流量传感器的故障分为两大类，一类是信号超出规定的范围，表示空气流量传感器已经失效。现代电控汽车具有失效保护功能，当某个传感器的信号失效时，电控单元（ECU）会以一个固定的数值来代替，或者用其他传感器的信号代替有故障传感器的信号。空气流量传感器失效后。ECU用节气门位置传感器的信号代替之。另一类是信号不准确（即性能漂移）。空气流量传感器信号不准确产生的危害性可能比没有信号更大。这是因为。既然信号没有超出规定的范围。电控单元（ECU）会按照这一不准确的空气流量信号控制喷油量，所以往往造成混合汽过稀或者过浓。如若没有空气流量信号，ECU会利用节气门位置传感器的信号代替，发动机的怠速反而比较稳定。

利用这一特性，可以通过拔下空气流量传感器插接器判断其性能。

①如果故障现象没有变化，说明空气流量传感器已经损坏。这是因为ECU确认空气流量传感器失效后，已经采用节气门位置传感器信号代替之。此时有没有空气流量传感器的结果是一样的，所以故障现象没有变化。

②如果故障现象有所减轻，说明空气流量传感器的性能发生漂移，信号偏值。由于空气流量信号处在有效范围之内，ECU按照失真的信号控制喷油量，引起明显的故障现象。拔下空气流量传感器的插接器后，ECU认为空气流量传感器完全失效，就改用节气门位置传感器的信号来代替，所以发动机的工作状况有所好转。

③如果故障现象有所恶化。说明空气流量传感器正常。这是因为在拔下插头前，ECU按照正常的空气流量传感器信号控制喷油量。拔下插头后，ECU改用节气门位置传感器信号控制喷油，由于后者的控制精度不如前者高，所以故障现象有所恶化。

另外，由于空气流量传感器信号是控制空燃比的主要依据，所以可以使用红外线尾气分析仪测量发动机怠速工况以及2000r/min稳定工况时的尾气成分。如果与标准数值相差太大，则可能是空气流量传感器性能不良引起的故障。

故障码的特点

⑴热膜式空气流量传感器（G70）失效后，电控单元（ECU）不直接给出空气流量传感器的故障码，而是通过其他故障码表现出来，通常是“00561”（混合汽调整值超过调整极限）或者“17916”（达到怠速调整系统理论上限值）。

⑵发动机其他部件失常可能记录空气流量传感器的故障码。在维修实践中，常见以下几种情况记录空气流量传感器的故障码。

①节气门脏污，可能记录空气流量传感器的故障码。一辆宝来1.8T轿车。在正常行驶中。有时仪表盘上的ASR（驱动防滑控制）指示灯突然点亮，按压ASR灯开关无效，只有关闭点火开关，重新启动发动机，ASR灯才会熄灭。连接故障诊断仪VAS5051进行检测，读出“发动机系统中显示的空气流量传感器G70信号值过小”故障信息。检测G70各端子的电阻，均未超过1.5Ω。观察G70的波形，正常。更换G70，无效。该车采用CAN-BUS多路信息传输系统。ABS/ASR控制单元与发动机控制单元通过CAN-BUS总线进行通信联络。一方面，当节气门体脏污后，节气门的开度值增大，而实际进气量并没有增加。导致G70的信号与节气门的开度不匹配，因而记录“发动机系统中显示的空气流量传感器G70信号值过小”的故障信息。另一方面，ASR系统实行驱动防滑控制是通过降低发动机的转速以调节发动机的输出转矩来实现的，因此故障现象虽然表现在制动系统，但是故障根源却在发动机。当节气门开度信号和空气流量信号出现偏差时（节气门的开度大，而G70测出的实际进气量偏小），ABS/ASR控制单元认为发动机减少了功率输出，正在进行驱动防滑控制，于是点亮ASR指示灯。

②节气门位置传感器性能失常，可能记录空气流量传感器的故障码。一辆捷达轿车，用故障诊断仪检测，读出空气流量传感器信号不合理的故障码。更换空气流量传感器，却无效。所谓“不合理”，是与相关传感器的信号进行比较而言的。事实上，ECU是根据发动机转速、节气门位置信号与空气流量信号的比较来确定发动机负荷的。进一步检查节气门位置传感器，发现其最大学习值和最小学习值与规定值不相符，并且无法进行基本设定。更换节气门总成（含节气门位置传感器）并进行基本设定后，故障被排除。

③氧传感器损坏，可能记录空气流量传感器的故障码。当捷达王轿车的氧传感器损坏后，会记忆空气流量传感器的故障码，其原理是：由于“缺缸”等原因引起燃油燃烧不完全，超出λ的调节范围，造成氧传感器的信号失准，于是发动机ECU在混合汽过稀与过浓之间持续地来回调节。ECU接收到的空气流量信号与氧传感器信号相互矛盾。但是从实际效果上看，氧传感器损坏无法调整λ与空气流量传感器信号严重漂移是一样的，ECU按照优先原则，便记忆空气流量传感器的故障码。

数据流分析

⑴空气流量传感器信号参数的单位和变化范围取决于空气流量传感器的类型。翼板式、热线式和热膜式空气流量传感器的参数单位是“V”，范围为0～5V。该参数的大小一般与进气量成反比，即进气量增加时，输出电压数值下降，“5V”表示进气量最小。“0V”表示进气量最大。

涡流式空气流量传感器的信号参数的单位是“Hz”或“ms”，其变化范围为0～1600Hz或0～625ms。怠速时的数值为25～50Hz，2000r/min时的数值为70～100Hz。如果在不同工况下的数值与标准值相差很大或者没有变化。说明空气流量传感器有故障。

⑵通过分析空气流量传感器的数据流，可以判断发动机进气系统是否存在漏气现象。在正常情况下，怠速时空气流量信号数据为2.5g/s左右。若小于2.0g/s，说明进气系统存在漏气：若大于4.0g/s，说明发动机存在额外负荷。

一辆奥迪A6 1.8T轿车，装备手动变速器，发动机运转时，每隔2～3min就抖动一次。但是发动机启动及加速都正常。连接故障诊断仪VAS5052，进入01-08-02，读取数据流，第4区显示的空气流量数据在0.3～3.5g/s之间做周期性的频繁跳动。检查发现。空气滤清器壳体与进气软管连接处下部的卡箍没有安装好，造成漏气。对漏气处进行处理后。故障排除。

⑶在检测过程中，维修人员会发现，断开空气流量传感器的插接器后，数据流里依然可以看到空气流量的数据，而且处在正常的范围内，急加速的反应也灵敏。它实际上是控制系统的故障运行模式，是发动机ECU根据转速和负荷等信号给出的空气流量备用数据。

⑴热线和热膜脏污后的清洗

如果发动机存在“回火”故障，往往对空气流量传感器造成严重危害。由于发动机的气流在进气歧管内逆向流动（即“回火”），其中含有炭颗粒，这些炭颗粒容易黏附在空气流量传感器的感应元件上，并产生如下后果：在怠速时，空气流量传感器的信号偏大，而在加速及大负荷时信号偏小。

热线是否具有自洁能力的检查方法是：拆下空气滤清器，从空气流量传感器的进气口处察看热线，若发动机熄火5s后看不到热线发出微红的辉光约1s，说明热线的自洁能力已经丧失。

热线（热膜）污染后，可以在热机、怠速状态下。拆下空气滤清器的滤网，采用汽化器清洗剂直接喷射热线或热膜，以清除黏附在其上的积炭。

⑵热膜式空气流量传感器损坏后的处理

不少车型采用BOSCH公司生产的热膜式空气流量传感器，其核心部分由一块集成电路（数/模转换电路）和惠斯登电桥所组成，没有设置稳压电路。因此，当电源电压过高或者出现瞬间高电压时，这种热膜式空气流量传感器容易烧坏。而电路峰值电压过高（超过16V）的原因，往往是蓄电池硫化严重，使其容量下降，无法吸收发电机的峰值电压，所以蓄电池硫化是导致热膜式空气流量传感器损坏的原因之一。解决办法是：在热膜式空气流量传感器的前端加装一个7812三端子稳压集成电路。

⑶堵住空气不经过计量的进入途径

这些不正常途径包括：进气管破裂，真空软管松脱，进气歧管与汽缸盖密封不严。如果存在以上情况。部分空气将不经过空气流量传感器的计量而直接进入汽缸，最终导致发动机混合汽失调。

⑷大众车系空气流量传感器损坏后的代用问题

大众车系的空气流量传感器是一个故障多发部件。空气流量传感器损坏后，若一时找不到原厂配件，就面临着零件的通用互换问题。如果发动机安装了不同型号的空气流量传感器，会使喷油量的控制不准确。在开环控制阶段，可能导致发动机的耗油量增加，三元催化转化器的温度过高；在闭环控制阶段，氧传感器会不断对混合汽浓度进行修正，使空燃比频繁变动，最终导致发动机工作不稳定。