实验2空气流量传感器检测

2023年11月27日发(作者：雷诺跑车系列价格及图片)

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项目02 空气流量计的检测

一、目的和要求

班级： 学号： 姓名： 成绩：

1.了解空气流量计的结构与工作原理。

2.了解空气流量计故障对整个电控系统的影响。

3.掌握空气流量计的检测方法（电阻测试、电压测试、波形测试、数据流测

试），工艺流程，技术规范。

4.掌握空气流量计数据分析的方法。

二、实训课时

实训共安排1.5课时，其中辅导教师讲解0.5课时，学生实训、实验、填写

检测报告1.0课时。《检测报告》作为考评时的主要依据，分数记入个人实训总

成绩。

三、实训器材

1.工具：数字万用表，汽车示波器，家用电热吹风机，普通温度计，12V～

5V变压器。

2.设备：桑塔纳AJR发动机故障实验台，优耐特汽车故障诊断中心，进口或

国产故障诊断仪。

3.教具：STN—AJR发动机教学挂图一套，空气流量计解剖教具一只，测量

用桑塔纳3000型轿车空气流量计8～10只。

四、原理与应用

空气流量计AFM（Air Flow Meter，AFM）是进气歧管空气流量计（Manifold

Air Flow Meter，MAFM）的简称，又称为空气流量传感器（Air Flow Sensor，

AFS），其功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控

单元（ECU）以供计算确定喷油量。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5g/s，同时记录故障代码。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。

在多点燃油喷射系统中，根据检测进气量的方式不同，空气流量计又分为“D”

型（即压力型）和“L”型（即空气流量型）两种类型。字母“D”是德文“Druck

（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量

方法属于间接测量法。控制系统利用检测到的绝对压力与发动机的转速来计算吸

入气缸的空气量，又称为速度/密度型燃油喷射控制系统。由于空气在进气歧管

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内流动时会产生压力波动，发动机怠速（节气门关闭）时的进气量与汽车加速（节

气门全开）时的进气量之差可达40倍以上，进气气流的最大流速可达80m／s，

因此，“D”型燃油喷射系统的测量精度不高，但控制系统的制造成本较低。字母

“L”是德文“Luftmengen（空气）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量

吸入进气管的空气流量。由于采用直接测量的方法，因此进气量的测量精度较高，

控制效果优于“D”型燃油喷射系统。当前各车型采用的“L”型传感器分为体积

流量型（如翼板式、量芯式、涡流式）传感器和质量流量型（如热线式和热膜式）

传感器。质量流量型传感器工作性能稳定、测量精度高、使用效果好，但制造成

本相对“D”型要高。由于热膜式空气流量传感器内没有运动部件，因此没有流

动阻力，而且使用寿命远远高于热线式流量传感器。

本次实训选用的是桑塔纳3000型超越者轿车使用的空气流量计，属“L”型

热膜式空气流量计（Air Flow Meter），安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。

其核心部件是流量传感元件和热电阻（均为铂膜式电阻）组合在一起构成热膜电

阻。在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻设

在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响测量精度，在护套的空气入口

一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精

度受到影响，在护套内还设有一个铂膜式温度补偿电阻，温补电阻设置在热膜电

阻前面靠近空气入口一侧。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连

接，控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部，如图所示。

4-线束插座 5-混合电路盒 6-温度补偿电阻 7-外壳 8-金属滤网 9-导流格栅

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1.空气流量测量原理 热膜式空气流量计的测量原理是：空气流量计内部电

路连接成惠斯登电桥电路。热膜电阻R和温度补偿电阻R分别连接到电桥的一

ht

个臂上，电桥各个臂的电流由控制电路A控制。电桥电压平衡时，控制电路供给

热膜电阻的电流I(I=50～120mA)使其温度T保持恒定。（T=120℃左右），供给

hhhh

温度补偿电阻的电流使热膜电阻的温度与温度补偿电阻的温度T之差保持恒定

r

（△=T=T—T=100℃左右）。当空气流经温度补偿电阻和热膜电阻，热膜电阻和

hr

温度补偿电阻受到冷却，温度降低，阻值减小。当热膜电阻的阻值减小时，电桥

电压就会失去平衡，控制电路将增大供给热膜电阻的电流，使其温度保持恒定

（120℃）。电流增加值的大小，取决于热膜电阻受到冷却的程度，即取决于流过

流量传感器的空气量。当电桥电流增大时，取样电阻Rs上的电压就会升高，从

而将空气流量的变化转换为信号电压Us的变化。由于电阻为线性元件，因此取

样电阻上信号电压Us将随空气流量的变化而呈线性变化，信号电压输入电控单

元ECU后，ECU便可根据信号电压的高低计算空气流量的大小。当发动机怠速或

空气为热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空气流速低，空气量

少，又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，热空气的质

量小，因此热膜电阻受到冷却的程度小，电阻值减小少，保持电桥平衡需要的电

流小，故取样电阻上的信号电压低。电控单元ECU根据信号电压即可计算出空气

量，桑塔纳AT、GSI型轿车怠速时的空气流量标准值为0.39g／s左右。当发动

机负荷增大或空气为冷空气时，因为节气门开度增大空气流速加快使空气流量增

大；而冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以热膜电阻受到冷

却的程度增大，电阻值减小多，保持电桥平衡需要的电流增大，因此当发动机负

荷增大时，信号电压升高。

2.温度补偿原理 当进气温度变化时，热膜电阻的温度就会发生变化，测量

进气量的精度就会受到影响。设置温度补偿电阻后，从电桥电路上可以看出，当

进气温度降低使热膜，电阻上的电流增大时，为了保持电桥平衡，温度补偿电阻

上的电流相应增大，以保证热膜电阻的温度与温度补偿电阻的温度之差保持恒

定，使传感器测量精度不受进气温度变化的影响。热膜式与热线式空气流量传感

器的响应速度很快，能在几毫秒时间内反映出空气流量的变化，因此其测量精度

不会受到进气气流脉动的影响（气流脉动在发动机大负荷、低转速运转时最为明

显），此外还具有进气阻力小、无磨损部件等优点。热膜式传感器热膜的面积远

比热线大，并与热电阻制作在一起，因此不会因沾染污物而影响测量精度。

电路接线图和插头端子如图所示。

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检测条件与标准参数如下表所示

电压 线路侧

2脚～搭铁

4脚～搭铁

5脚怠速时

5脚急加速时

12V

5V

1.4V

2.8V

空气流量计各管脚定义

1脚空 4脚5V参考电压

2脚12V 5脚传感器反馈信号

3脚ECU机内搭铁

五、实训步骤

1.讲解：由辅导教师结合空气流量计实物、教学挂图、桑塔纳AJR发动机故

障实验台、实车等讲解空气流量计的结构与工作原理，检测方法（电阻测试、电

压测试、数据流测试），工艺流程，技术规范。（按照教学挂图、实物、实验台架

和实车进行）。

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2.演示：由辅导教师演示空气流量计实测。在空气流量计电器插头的针脚根

部标有针脚号。

（1）电阻测试

空气流量计5脚信号线与电脑13脚电阻测

本项目电阻测试为辅助性测试，主要是检测线束的导通性，以确认线束通畅，

空气流量计12V供电测试

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无断路短路，插接器牢靠，各信号传递无干扰。测试在汽车微机控制故障检测诊

断实验系统的发动机实验台上进行。

①线束导通性测试：将数字万用表设置在电阻200Ω档，在面板上按电路图

找到空气流量计图形下面的针脚号与ECU信号测试端口图相应的针脚号，分别测

试空气流量计3、4、5号针脚对应至电控单元12、11、13号针脚的电阻，所有

电阻都应低于5Ω。

②线束短路性测试：将数字万用表设置在电阻200KΩ档，测量空气流量计

针脚2与电控单元针脚11、12、13之间电阻，应为∞。测量空气流量计针脚与

电控单元针脚：3—11、13；4—12、13；5—11、12之间电阻均应为∞。

注意：在实际维修中，欲测试各条线束的导通性，应关闭点火开关，拔下传

感器插头与电控单元插接器，使用数字万用表分别测量各线束间的电阻，相连导

线电阻应当小于5Ω，不相连导线电阻应∞为正常。而在汽车微机控制故障检测

诊断实验系统的发动机实验台上，进行本项测试不用拔传感器与电控单元插头。

在实际测量中，由于测量手法、万用表本身的误差以及被测物体表面的氧化与灰

尘等因素，发生几个欧姆的误差属正常现象，不必拘泥于具体数字。

（2）电压测试

本项目电压测试有电源电压测试和信号电压测试两部分，其中信号电压测试

是确定空气流量计是否失效的主要依据。

①电源电压测试：在汽车微机控制故障检测诊断实验系统的发动机实验台上

空气流量计5V供电测试

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进行。打开点火开关，将数字万用表设置在直流电压20V档，红色表针置于空气

流量计针脚2，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，打起动机时应显

示12V；红色表针置于空气流量计针脚4，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气

歧管壳体，应显示5V。

注意：在实际维修中，应拔下传感器插头，打开点火开关，测量2号端子与

接地间电压，打起动机时应显示12V。此时电控单元会记录空气流量计的故障码，

测试完毕后要使用诊断仪清除故障码。而在汽车微机控制故障检测诊断实验系统

的发动机实验台上，进行本项测试不用拔传感器插头。

②信号电压测试：分单件测试和就车测试两部分，就车测试在汽车微机控制

故障检测诊断实验系统的发动机实验台上进行。

a.单件测试：取一空气流量计总成部件，将12V/5V变压器12V电压或电瓶

电压施加在空气流量计电器插座针脚2上，将5V电压施加在空气流量计电器插

座针脚4上，将数字万用表设置在直流电压20V档，测量空气流量计电器插座针

脚3和针脚5，应有1.5V左右电压；使用吹风机从空气流量计隔珊一端向空气

流量计吹入冷空气或加热的空气，测量空气流量计电器插座针脚3和针脚5，电

压应瞬时上升至2.8V回落。不能满足上述条件，可以判定空气流量计有故障。

怠速时信号电压测试

b.就车测试：起动发动机并使其达到工作温度，将数字万用表设置在直流电

压20V档，测量汽车微机控制故障检测诊断实验系统的发动机实验台上的空气流

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量计针脚5的反馈信号，红色表针置于空气流量计针脚5，黑色表针置于空气流

量计针脚3、电瓶负极或进气歧管壳体，怠速时应显示电压1.5V左右；急踩加

速踏板应显示2.8V变化。若不符合上述变化，或电压反而下降，在电源电压与

参考电压完好的前提下，可以断定空气流量计损坏，必须更换。

注意：在实际维修中，反馈信号电压的就车测试应在传感器插头尾部，挑开

防水胶堵或刺破导线外皮，接万用表后踩动油门踏板，观察电压变化。而在汽车

微机控制故障检测诊断实验系统的发动机实验台上，进行本项测试不用挑开防水

胶堵或刺破导线外皮。

(3)数据流测试

本项目的数据流测试是使用进口或国产的汽车故障诊断仪，登录发动机控制

单元直接读取空气流量计的各项参数，测试条件是发动机在运行中并达到工作温

度。数据流的检测方法简便易行，数据直观准确，并能够随时观察到数据的动态

变化，是当代汽车电子控制系统故障检测诊断的重要方法，也是当前汽车维修一

线急缺的技术。

①诊断平台的操作

打开“多媒体教学软件”；点击“诊断中心”，系统会弹出“优耐特故障诊断

中心”软件主界面。

点击“选择系统”弹出“常见控制系统”按钮组，选择“[01]发动机系统”，

软件会自动与发动机电控单元通讯联接。此时，一般需要数秒钟的时间。

②数据分析

读取测量数据流第二组第四项

数据应显示为在怠速下应为2.0～4.0g/s,如果小于2.0g/s说明进气系统有

泄漏，如果大于4.0g/s说明发动机负荷过大

3.学生实作

按指导教师示范的方法步骤，实际练习至少一次。在进行数据分析时，按照

现有品牌汽车故障诊断仪的使用说明书进行，虽然各种品牌诊断仪的操作界面和

路径不同，但读取的参数应该与指导教师演示的内容是一致的。

4.考核

（1）采用点名抽查、举手问答或单独回答的方式，由学生口述空气流量计

的结构原理、工作过程、检修流程、工艺规范与标准参数。

（2）主要依据学生填制的《检测报告》 确定实训分数。

5.教学延伸

（1）由辅导教师介绍翼板式空气流量传感器、量芯式空气流量传感器、涡

流式空气流量传感器、热线式空气流量传感器的工作原理，结构特点。

（2）比较空气流量传感器与进气歧管压力传感器的优劣。

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（3）由辅导教师结合现有其它型号的发动机实验台，介绍欧、美、亚各国

典型发动机采用的空气流量计的类型与特点。

六、注意事项

1．空气流量计是精密电子器件，要轻拿轻放，避免空气流量计掉在地上摔

坏内部电路和元件。

2．用电热吹风机注意不要将出风口离空气流量计太近，以免烫坏零部件。

防止烫伤手指、衣物和其它实验设备。

3．上实验台测试电压信号时，注意操作流程和相对应的测试端口。原则上

只做本次实验相关的测试，其它无关的部位不要测试，否则按原理不清或看不懂

电路图扣分。

4．在实物台架上，测试端口与电控单元直接相连，不要将任何电压加在发

动机实验台的测试端口上，以免损坏电控单元。

七、实训小节

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