任务二 进气压力传感器（MAP）和空气流量计（MAF）的结构及工作原理
学习目标
1.掌握进气压力传感器（MAP）和空气流量计（MAF）的结构与工作原理
2.掌握进气压力传感器（MAP）和空气流量计（MAF）的功能
3.掌握进气压力传感器（MAP）和空气流量计（MAF）的故障范围
课程准备
知识准备
压阻效应
压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应地发生变化。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
压力的单位及换算
法定国际单位制导出的压力单位为帕（Pa）。常用的为兆帕（MPa）、千帕（kPa），惯用的非法定单位还有巴（bar）、工程大气压（at）、标准大气压（atm）、磅力每平方英寸（lbf/in2）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）等。1bar=0.1MPa=100kPa=1.0197kgf/cm2
1atm=0.101325MPa=1.0333bar
课前引入
电喷发动机中采用进气压力传感器来检测进气量的称为D型喷射系统（速度密度型）。进气压力传感器检测进气量是采用间接检测。进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、电容式等。由于压敏电阻式具有响应时间快、检测准确度高、尺寸小且安装灵活等优点，因而被广泛用于现代发动机电控系统中。
电喷发动机中采用空气流量计检测进气量的称为L型喷射系统（质量流量型）。空气流量计采用直接检测进气量的方式，测量准确度高，也广泛应用于现代发动机电控系统中。
一、进气压力传感器（MAP）的结构及工作原理
1.进气压力传感器的功能
进气压力传感器（Manifold Absolute Pressure，MAP）全称为进气歧管绝对压力传感器，它通常安装在进气道上，外观和安装位置如图1-2-14、图1-2-15所示。
图1-2-14 MAP传感器安装位置
图1-2-15 MAP传感器外观
进气压力传感器检测的是节气门后方的进气歧管的绝对压力，它根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化，然后转换成信号电压送至电子控制单元ECU，ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。
2.应变电阻式进气压力传感器工作原理
应变电阻式进气压力传感器采用半导体压敏电阻式。它由硅膜片、集成电路、滤清器、真空室和壳体等组成。硅膜片是压力转换元件，是利用半导体的压阻效应制成的。硅膜片的一面是真空室，另一面是导入的进气压力。集成电路是信号放大装置，它的端头与ECU连接。图1-2-16为某车型进气压力传感器（1312）电路简图，从图中可以看到半导体压敏电阻连接成惠斯顿电桥的型式。图中1312的3、4脚为进气温度传感器。
图1-2-16 某车型进气压力传感器电路
发动机工作时，从进气管来的空气经传感器的滤清器滤清后作用在硅膜片上，硅膜片产生变形（由于进气流量对应着相应的进气压力，故进气流量越大，进气歧管压力就越高，硅膜片变形也就越大）。硅膜片的变形，使扩散在硅膜片上电阻的阻值改变，导致电桥输出的电压变化。传感器上的集成电路将电压信号放大处理后，作用进气管压力信号送到电控单元，此信号成为电控单元计算进入气缸空气量的主要依据。
3.进气压力传感器和进气温度传感器数据
图1-2-17所示为某车型进气压力和进气温度在怠速时的数据，图中显示了进气温度（Air Charge Tempera-ture，ACT）传感器的电压值、进气温度、进气增压压力传感器电压、进气增压压力等数据。这些数据可以很好的帮助维修人员了解进气压力传感器和进气温度传感器工作的情况。
图1-2-17 进气压力传感器数据流
课程互动
1）请问如果进气道漏气，会对发动机有何影响？
2）进气压力传感器会检测到进气道漏气吗？
3）为什么使用MAP传感器的车辆还需使用进气温度传感器？
二、空气流量计的结构及工作原理
1.空气流量计元件位置
L型电喷系统采用空气流量计（Mass Air Flow Meter，MAF）测量进气量，目前常见车型上安装热膜式MAF。MAF位于空气滤清器之后节气门体之前的进气软管内。MAF安装位置如图1-2-18所示。
2.空气流量计功能
一般空气流量计由空气流量传感器和进气温度传感器组成。空气流量计用于测量进入发动机进气歧管的进气总量，以及进气气流的温度，为发动机ECU提供负荷信息，由ECU根据这些信息再结合其他传感器送来的信息，控制喷油脉宽。空气流量计在电喷轿车上的重要作用是提供喷油控制的基本信号，也是决定信号。此信号的好坏将影响混合气的配比，也直接影响发动机的动力性、稳定性。
图1-2-18 MAF安装位置
3.空气流量计工作原理
空气流量计是将一些微电子电器元件集成在一块陶瓷基片上，当发动机工作时膜片上就会发热，进气经过膜片时就会将热量带走，膜片上集成的惠斯顿电桥就会增加电流而将损失的热量重新补充，从而引起电信号的变化。
空气流量计结构如图1-2-19所示，原理电路如图1-2-20所示，电阻RH用铂丝制成，RH和温度补偿电阻RK均置于空气通道中的取气管内，与RA、RB共同构成桥式电路。RH、RK阻值均随温度化。当空气流经RH时，使热线温度发生变化，电阻减小或增大，使电桥失去平衡，若要保持电桥平衡，就必须使流经热线电阻的电流改变，以恢复其温度与阻值，精密电阻RA两端的电压也相应变化，并且该电压信号作为热膜式空气流量计输出的电压信号送往ECU。
发动机ECU根据空气流量计得知发动机负荷的变化，进而控制喷油脉宽、电子节气门的开度。进气温度传感元件是一个负温度系数（NTC）的热敏电阻，传感器在热膜两边安装了两个同样的传感器，当进气气流流经膜片时，膜片前端的传感器温度相对后端的传感器温度要低一些，根据这个特征，ECU就可以判断出气流的方向。
注意
该类型的传感器要求传感器之后到发动机燃烧室之间不能出现漏气现象，否则将导致发动机怠速不稳，甚至出现熄火现象。
图1-2-19 热膜式空气质量计剖视图
图1-2-20 空气质量计原理电路
进气量信号是电控单元精确计算喷油量的主要依据，如果空气流量计发生故障，电控单元将启动备用模式，把空气流量值设定在备用值，同时记录故障码。此时将造成怠速不稳、发动机喘抖、怠速游车、怠速转速偏高、燃油脉宽增加、行驶费油、点火推迟、尾气排放恶劣等。
4.电路分析
图1-2-21所示为某车型电路原理图，可以看到空气流量计共有5个接线脚。其中一个为空脚，一个为从燃油泵继电器来的12V供电脚，一根线为电控单元为空气流量计供给的5V电压，一根由空气流量计反馈给电子控制单元的信号线，一根为电控单元的搭铁线。
图1-2-21 MAF电路原理
1—空脚 2—12V电源线 3—ECU内搭铁 4—5V参考电压 5—传感器信号
课程互动
1.请问MAF是否能检测到节气门后方的进气管道的漏气量？
2.如果节气门后方的进气道漏气会使发动机产生什么影响？
故障案例
空气流量计故障案例
故障现象
一辆装备4.2LV8型发动机的奥迪A8D3型轿车，行驶里程是2.3万km，行驶过程中ESP灯常亮。
检测与修理
该车装备的是Bosch公司生产的版本为5.7的ESP系统，ABS/ESP系统的电控单元和液压控制单元集成为一体。当ABS/ESP系统有故障时，仪表上的ESP灯会常亮。
ESP电子行车稳定系统作为车辆的一套独立的主动安全系统，其组成有传感器信号、控制单元和执行元件三大部分。分析故障原因，无非有以下几种可能：①传感器信号错误或传感器损坏；②执行元件故障；③控制单元本身存在故障；④系统连接线路存在故障。根据故障现象，首先进行电子控制系统检测。用大众VAG5051专用诊断仪检测到ABS/ESP系统有如下故障信息：load signal fault message from engine CU（从发动机控制单元收到负荷信号故障信息）。此时用检测仪05（清除故障）功能不可以清除掉该故障信息。考虑到该故障信息的描述，问题有可能出现在发动机控制单元。检测发动机控制单元，也有一个故障信息记忆Airmass Meter G70 signal to high（空气流量计的信号值太高），该故障信息可以用05功能清除。当清除掉该故障信息后，仪表上的ESP警告灯即熄灭。再进行检测ABS/ESP控制单元，发现已无故障信息记忆。
根据故障描述和检测的步骤，怀疑问题可能出现在发动机控制系统的空气流量计上。但是空气流量计的信号是发动机控制系统的信号，为什么会造成ABS/ESP系统的警告灯点亮呢？分析ABS/ESP系统工作简图，得知ABS/ESP系统传感器组成部分有一个附加信号，发动机管理和变速箱管理。ABS/ESP系统控制单元要接收到发动机控制单元由CAN总线传来的负荷信号，而发动机的负荷信号由空气流量计提供。所以当空气流量计出现故障、信号超差时，发动机控制单元经过CAN总线传递给ABS/ESP控制单元的负荷信号也会超差，引起故障记忆存储，ESP系统灯点亮。
检查空气流量计G70。用VAG5051读取发动机控制单元空气流量计的数据块，怠速时显示空气流量计的值是4～6g/s，该值正常。但突然间会跳至10g/s左右。怠速时空气流量计的值正常范围是2～5g/s，该值跳动显示断定空气流量计存在问题。在拆开空气流量计时，发现其后部的卡箍没有卡到位，怀疑是该问题，重新安装卡箍试车，该故障仍存在。该车空气流量计是热膜式，空气流量计G70和进气温度传感器G42集成一体。空气流量计G70的旁通通道中有一个微型线圈，被电流加热至180℃左右，经过它的空气气流按流动方向使线圈冷却。需要再次达到180℃的电流就是空气质量的数量。空气流量计漏气以后经过它的空气气流相应地减少，造成空气流量计无法准确地计算出发动机的进气量，最终损坏空气流量计。更换空气流量计以后，该车故障排除。