空气供给系统原理及检修ppt课件

.,1,课题三空气供给系统原理与检修,任务一认识空气供给系统任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,返回,.,2,任务一认识空气供给系统,一、空气供给系统的基本组成空气供给系统是电控汽油喷射系统中的重要组成部分，主要由空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管和进气歧管等组成，如图3-1-1所示。空气供给系统向发动机提供与发动机工况相适应的清洁空气，同时检测和控制流入发动机的空气量，使进入系统的空气量与喷油器喷出的汽油形成符合最佳空燃比要求的混合气。可燃混合气的形成过程如图3-1-2所示。,下一页,返回,.,3,任务一认识空气供给系统,电喷空气供给系统的主要工作原理是：发动机工作时，空气经空气滤清器滤去尘埃等杂质后，经空气流量计，沿发动机的节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各缸中。ECU根据空气流量计（L型）或进气歧管压力传感器(D型)和转速传感器的信号确定空气流量，再根据传感比要求即进气量就可以确定每一个循环的基本供油量，然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。ECU通过控制节气门的开度，依次改变进气量，控制发动机的运转。1.空气密度法,上一页,下一页,返回,.,4,任务一认识空气供给系统,空气密度法也称直接检测法。这种方法直接利用空气流量传感器（MAF）所提供的信号来代表进气量，但由于该传感器无法检测进气压力（海拔高度）的变化，因此还必须加装一个大气压力传感器（BARO），以避免无法判断海拔高低的差异。目前BARO多安装在ECU盒内。采用这种方法检测进气量的发动机称为L型电控发动机，如图3-1-3（a）所示。2.速度密度法速度密度法也称间接检测法。,上一页,下一页,返回,.,5,任务一认识空气供给系统,由于空气的密度与压力大小成正比关系，因此该系统利用装在进气歧管上的进气歧管绝对压力传感器（MAP）所提供的压力信号，再结合进气温度（IAT）、发动机参数（CV）、估算的容积效率（VE）和废气再循环量（EGR），采用速度密度公式计算出进入发动机的空气量，其中，发动机参数（CV）包括发动机转速信号（RPM）。采用这种方法检测进气量的发动机称为D型发动机，如图3-1-3（b）所示。二、空气供给系统主要部件的结构1.空气滤清器空气滤清器是过滤并清除空气中的微粒杂质的装置。,上一页,下一页,返回,.,6,任务一认识空气供给系统,活塞式机械装置（内燃机、往复压缩机等）工作时，如果吸入空气中含有灰尘等杂质，将加剧零件的磨损，因此必须装有空气滤清器。空气滤清器由滤芯和壳体两部分组成，如图3-1-4所示。要求空气滤清器的滤清效率高，流动阻力低，能较长时间连续使用而无须保养。空气滤清器的型式有两种，即干式和湿式。目前，汽车发动机广泛采用纸质干式空气滤清器。干式空气滤清器是通过一个干式滤芯（如纸滤芯），将空气中的杂质分离出来的滤清器。轻型车（含轿车、微型车）所用的空气滤清器一般为单级，其滤芯形状有扁圆或椭圆及平板式，如图3-1-5所示。,上一页,下一页,返回,.,7,任务一认识空气供给系统,。过滤材料为滤纸或非织造布。滤芯端盖有金属或聚氨酯的，外壳材料为金属或塑料。在额定空气体积流量下，滤芯的原始滤清效率应不低于99.5%。发动机工作时，空气由滤清器盖与外壳之间的空隙进入，经过滤芯滤清后，经接管流向气缸。空气滤清器在车上的位置如图3-1-6所示。2.节气门体节气门体是控制空气进入发动机的一道可控阀门，气体进入进气管后会与汽油混合形成可燃混合气，从而燃烧做功。节气门体上接空气滤清器，下接发动机缸体，被称为汽车发动机的咽喉。节气门体有传统拉线式节气门体和电子节气门体两种，如图3-1-7所示。,上一页,下一页,返回,.,8,任务一认识空气供给系统,传统发动机节气门体的操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接油门踏板，另一端连接节气门体连动板而工作的。电子节气门体主要通过节气门体位置传感器，根据发动机所需能量控制节气门体的开启角度，从而调节进气量的大小。节气门体在汽车上的安装位置如图3-1-8所示。3.进气管进气管一般包括进气软管、进气总管和进气歧管。进气软管用于连接空气滤清器与节气门体，进气总管用于连接节气门体与进气歧管。有些发动机的进气总管与进气歧管制成一体，有些则是分开制造再用螺栓连接。典型的进气管如图3-1-9所示。,上一页,下一页,返回,.,9,任务一认识空气供给系统,进气歧管指的是化油器或节气门体之后到气缸盖进气道之前的进气管路，其功用是将空气、燃油混合气由化油器或节气门体分配到各缸的进气道。对于进气道燃油喷射式发动机或柴油机，进气歧管只是将洁净的空气分配到各缸进气道。进气歧管必须将空气、燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等。为了减小气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管的内壁应该光滑。,上一页,返回,.,10,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,一、空气流量传感器空气流量传感器安装在空气滤清器和节气门之间的进气道上，如图3-2-1所示，这样吸入气缸的空气完全通过传感器。常见空气流量传感器的类型如图3-2-2所示。二、卡门涡流式空气流量计卡门涡流是一种物理现象，涡流的测量精度由空气通道面积与涡流发生器的尺寸决定，与检测方法无关。涡流式传感器的输出信号是与涡流频率对应的脉冲数字信号，其响应速度是几种空气流量传感器中最快的，几乎能同步反映空气流速的变化，因此特别适合用于数字式计算机处理中。,下一页,返回,.,11,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,1.光学式卡门涡流传感器（1）光学式卡门涡流传感器的结构。如图3-2-3所示，光学式卡门涡流传感器包括涡流发生器、光电管（发光二极管和光敏晶体管）组件、反光镜。（2）光学式卡门涡流传感器的工作原理，如图3-2-4所示。当空气流经进气道时，会在涡流发生器的后部产生有规律的卡门涡流，从而导致涡流发生器周围的空气压力发生变化，变化的压力经导压孔引向金属膜制成的反光镜，使反光镜产生振动，其振动频率与涡流发生的频率相等，而涡流发生的频率与空气流速（发动机负荷）成正比；,上一页,下一页,返回,.,12,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,反光镜再将发光二极管投射的光反射给光敏晶体管，通过光敏晶体管检测涡流发生的频率，并向ECU输送0或5V交替变化的方波信号，ECU则根据此信号确定发动机的进气量。（3）光学式卡门涡流传感器的信号特征。5V方波信号的频率变化与进气量成正比，进气量多则信号频率高；反之，进气量少则信号频率低。（4）光学式卡门涡流传感器的检测方法。光学式卡门涡流传感器产生5V方波信号，信号频率随进气量的增加而成正比变化。2.超声波卡门涡流传感器,上一页,下一页,返回,.,13,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,日本三菱公司率先采用超声波卡门涡流传感器，并安装在多款车上。中国长丰猎豹吉普车和韩国现代轿车也采用了超声波卡门涡流传感器。所谓超声波，是指频率高于20Hz，人耳听不到的机械波，其方向性好，穿透力强，遇到杂质或物体分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质，可把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。（1）超声波卡门涡流传感器的结构与工作原理。在三角涡流产生柱上游侧壁上装有超声波发生器，它可以发射固定频率的超声波；在发射器的对面则装有超声波接收器，如图3-2-5所示。,上一页,下一页,返回,.,14,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,在卡门涡流发射器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头。在没有卡门涡流的情况下，接收到的超声波为稳定的信号。有卡门涡流发生时，超声波在气流中的传播受到卡门涡流的影响，使接收到的超声波成为一个个与涡流数对应的脉冲信号，其频率等于卡门涡流释放的频率，反映了气流速度。此脉冲信号经转换模块转换成矩形脉冲数字信号，计算机对这个矩形脉冲计数，便可得知空气流量。（2）超声波卡门涡流传感器的检测方法。可以看出，无论光学检测式还是超声波检测式的卡门涡流空气流量计，其输出信号都是方波信号，其信号频率随进气量的增加而增加，直观检测方法就是用示波器或能检测频率的数字万用表进行测试。,上一页,下一页,返回,.,15,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,三、热线式空气流量计1.热线式空气流量计的类型根据白金热线在壳体内安装的位置不同，可分为主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式的热线式空气流量计，分别如图3-2-6和图3-2-7所示。通常大排量的发动机采用主流测量方式，小排量的发动机则采用旁通测量方式。2.热线式空气流量计的基本构成感知空气流量的铂金热线电阻，属于正温度系数电阻。在铂金热线旁边的是温度补偿电阻（冷线），属于负温度系数电阻，负责检测进气温度并对加热电流进行调整。,上一页,下一页,返回,.,16,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,另外，还有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计的壳体，如图3-2-8所示。3.热线式空气流量计的基本工作原理对于主流测量方式来讲，有一取样管置于主空气通道中央，直径70m的铂金热线布置在取样管支承环内，其阻值随温度变化，是单臂电桥电路的一个臂RH（见图3-2-9）。热线支承环前端为温度补偿电阻，是单臂电桥电路的另一个臂RK。热线支承环后端的塑料护套上粘接着一只精密电阻，此电阻能用激光修整，也是单臂单桥的一个臂RB，该电阻上的电压即热线式空气流量计的输出电压信号。,上一页,下一页,返回,.,17,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,单臂单桥还有一个臂RA的电阻器装在控制线路板上面，该电阻器在最后调试实验中用激光修整，以便在预定的空气流量下调整空气流量的输出特性。旁通测量方式的热线式空气流量计与主流测量方式的不同点是：白金热线和温度补偿电阻是用铂线缠绕在线管上制成的。热线式空气流量计的热线因长时间暴露在空气中，会造成空气中的杂质依附在热线上，需增加一自洁功能。当点火开关从ON到OFF位置时，ECU会给空气流量计一个自洁信号，使热线瞬间温度升高到1000，将依附在热线上的杂质烧掉。,上一页,下一页,返回,.,18,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,因旁通热线式空气流量计上的白金热线缠绕在陶瓷绕线管中，并没有暴露在空气中，因此无须自洁功能。传感器壳体两端设置有与进气道相连接的圆形插接接头，空气入口和出口都设有防止传感器受到机械损伤的防护网。传感器的入口与空气滤清器一端的进气管相连，出口与节气门体的一端相连。热线式空气流量计的电子控制线路板包括电桥平衡电路、自洁电路和怠速混合气调节电位器，电子装置的大多数元件（RH、RK和RA）都安装在这块集成电路板上。其上一般设置六端子插头与发动机微机控制装置相连接，用以传递信息，如图3-2-10所示。,上一页,下一页,返回,.,19,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,四、热膜式空气流量计热膜式空气流量计是热线式空气流量计的改进产品，其不同点是热线式的发热电阻为白金铂丝，而热膜式采用的发热体是热膜（由发热金属铂固定在薄的树脂膜上制成），而不是热线。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，增加了发热体的强度，提高了流量计的可靠性。在热膜电阻附近设有温度补偿电阻，温度补偿电阻和热膜电阻组成电桥控制电路，控制原理与热线式空气流量计相同。与热线式空气流量计相比，热膜电阻的电阻值较大，所以消耗电流较小，使用寿命较长。,上一页,下一页,返回,.,20,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,由于热膜式发热元件表面制作有一层绝缘保护薄膜，因此不会沾有尘埃而影响测量精度，但存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。由于现代轿车所使用的空气流量计大部分为热膜式，下面以上海大众公司桑塔纳2000GSi型轿车的AJR型发动机采用的热膜式空气流量计为例介绍空气流量计的结构。热膜式空气流量计安装在空气滤清器和进气软管之间，主要由控制电路、热膜、温度传感器、金属护网等组成，其结构如图3-2-11所示。,上一页,下一页,返回,.,21,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,五、进气歧管绝对压力传感器进气歧管绝对压力传感器用于D型发动机进气系统中，它所起的作用与空气流量计相似。进气歧管绝对压力传感器是根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力的变化，并转换成电压信号，与转换信号一起输送到电控单元(ECU)，作为燃油喷射和点火控制的主控信号。进气歧管绝对压力传感器（MAP）一般装于发动机舱内，用一根真空管与进气歧管相接或直接装在节气门后方的进气歧管上。部分早期车型安装于ECU内或发动机室内防火壁上，如图3-2-12所示。,上一页,下一页,返回,.,22,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,进气歧管绝对压力传感器的结构如图3-2-13所示。按工作原理不同，可分为压阻效应式、电容式和电感式3种。压阻效应式传感器具有灵敏度高、尺寸小、成本低、动态响应和抗振性好等优点，从而得到了广泛应用。典型的进气歧管绝对压力传感器包括一个密封在内的陶制膜片或硅膜片，膜片的一侧是真空室，膜片的另一侧导入进气歧管的压力，如图3-2-13所示。当发动机负荷变化（发动机进气歧管真空度改变）时，作用在膜片两侧的压差使进气歧管绝对压力传感器的输出信号电压或信号频率也随之变化。（1）进气歧管绝对压力传感器检测的原理如图3-2-14所示。,上一页,下一页,返回,.,23,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,四个电阻不制成单臂电桥的形式，受压后电阻两增两减，输出与输入电压的关系是利用电压的变化来估计电阻的改变量，进而求得所受的压力大小。（2）发动机负荷与进气歧管真空度、进气歧管绝对压力之间的关系。随着发动机负荷的增加（节气门开大），进气歧管绝对压力增加，而进气歧管真空度下降，传感器信号随着节气门的关闭，信号电压变小，如图3-2-15所示。六、节气门位置传感器在汽油机性能的试验研究中，常用节气门开度来表示负荷率，这种表示不能用于控制，因为节气门转角与循环充气量没有线性关系，也没有确定的对应关系（在节气门由小开大和由大减小时不重复）。,上一页,下一页,返回,.,24,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,控制系统之所以要有节气门开度信号，是为了下列用途。（1）用来判断发动机的工况处于怠速控制区、部分负荷区还是节气门接近全开的加浓区（或催化转化器的高温保护区），即用来界定开环、闭环控制区。对于有自动变速器控制功能的电子管理系统来说，节气门开度和车速是决定换挡时刻的条件参数。（2）用节气门转角变化率的大小作为加速、减速过程中修正喷油量的条件。它直接反映驾驶员的意图，比其他负荷传递热的响应更快。（3）可与空气流量计的信号对照互检，提供后者发生损坏的信息，并代替后者与转速配合，作为ECU控制喷油量的条件参数。,上一页,下一页,返回,.,25,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,（4）用于点火时修正、废气再循环控制、空调系统控制、燃油蒸发控制、车辆动态稳定性控制、巡航控制、牵引力控制等。1.节气门位置传感器的类型及工作原理节气门位置传感器安装在节气门体上，如图3-2-16所示，主要包括以下类型。(1)开关触点式节气门位置传感器。开关触点式节气门位置传感器内部有3个触点，即怠速开关触点IDL、全负荷开关触点PSW和搭铁触点E，如图3-2-17所示。发动机在怠速或突然减速时，怠速触点闭合，ECU根据此信号对怠速时的混合气进行控制，并修正点火提前角，切断废气再循环系统。减速断油时，暂时切断供油。,上一页,下一页,返回,.,26,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,当节气门开度超过一定角度时，全负荷触点闭合，ECU根据此信号加浓混合气，以提高发动机输出功率。发动机怠速运转时，IDL触点闭合，IDL信号电压为0，ECU以此信号控制发动机怠速时的运转工况。加速时，IDL触点断开，其电压变为+B或5V。当全负荷时，PSW触点闭合，PSW电压为0，ECU控制发动机在全负荷工况工作。开关触点式节气门位置传感器的数据如表3-2-1所示。（2）线性式节气门位置传感器。线性式节气门位置传感器的原理如图3-2-18所示。采用线性电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同。发动机怠速运转时，怠速触点闭合，IDL信号端子电压为零，VTA信号端子与VC电源端子间电阻较大，传感器信号电压较低，为0.60.9V。,上一页,下一页,返回,.,27,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,随着节气门开度的增加，电位计的滑动触点在电阻膜上滑动，从而在该触点上得到与节气门开度成比例的线性电压输出，即VTA信号电压，如图3-2-19所示。全负荷时VTA信号为3.54.7V。ECU根据全负荷时的VTA信号进行空燃比修正、加浓修正和燃油切断控制等。线性式节气门位置传感器在各种工况下的数据见表3-2-2。开关触点式节气门位置传感器只能检测发动机的怠速和全负荷工况。当IDL触点断开、PSW触点还未闭合时，发动机处于加速状态，该传感器无法输出节气门所在位置的准确信号。线性式节气门位置传感器的设计克服了开关式传感器的弊端，利用其电位计的变化可检测出节气门的准确位置。,上一页,下一页,返回,.,28,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,目前，线性式节气门位置传感器已无IDL怠速触点，或虽有怠速触点但并不与发动机ECU相连接。在智能电控节气门系统中，采用双信号输出的线性式节气门位置传感器，传感器内部有两个电位计、两个滑动触点，并有两个信号VTA1和VTA2，以提高可靠性，如图3-2-20所示。注意：随着节气门的开启，VTA1和VTA2信号都呈比例地线性增加，但增加速率不同，VTA2信号比VTA1信号先达到最大值，如图3-2-21所示。发动机ECU通过检测这两个信号，来感知节气门的位置，并能通过比较两个信号及时发现问题，从而提高工作的可靠性。,上一页,下一页,返回,.,29,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,(3)霍尔元件型节气门位置传感器。霍尔元件型节气门位置传感器由霍尔集成芯片IC和可绕其转动的磁铁构成。磁铁与节气门轴同轴，即随节气门一起转动。当节气门开启时，磁铁也一同转动，从而改变位置。此时，霍尔集成芯片IC探测磁铁位置变化所造成磁通量的变化并产生霍尔效应，从VTA1端子和VTA2端子输出电压信号。此传感器不仅能精确地探测节气门开启的程度，还采用了无接触方式，简化了结构，所以不易发生故障。而且，为了确保可靠性，此传感器还具有不同输出特性的两个系统输出信号，如图3-2-22所示。七、温度传感器利用温度传感器，ECU用于调节控制很多系统。,上一页,下一页,返回,.,30,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,这些系统要正常工作，就需要发动机处于工作温度范围，温度传感器输送给ECU的信号要准确。例如，ECU控制调节燃油喷射量，就必须知道发动机冷却液温度的准确信号。发动机用温度传感器包括冷却液温度（ECT）传感器、进气温度（IAT）传感器和废气再循环（EGR）温度传感器等，如图3-2-23所示。这些温度传感器内装负温度系数（NTC）的热敏电阻，即温度越低则电阻越高；反之，温度越高则电阻越低，因此可通过热敏电阻的阻值变化探测温度变化。1.冷却液温度传感器,上一页,下一页,返回,.,31,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,当出现因汽车负载过大、缺水、点火时间不对、风扇不转等故障而造成冷却液温度过高时，会使发动机机体温度上升，从而使发动机不能工作，因此在仪表系统内设计了冷却液温度表，利用冷却液温度传感器检测发动机冷却液温度，让驾驶员能够直观地看出发动机冷却液在任何工况时的温度，并且及时做出相应处理。在电控系统中也安装有一个冷却液温度传感器，用于喷油量修正信号。冷却液温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却液直接接触，用于测量发动机的冷却液温度，其内部装有负温度特性的热敏电阻。,上一页,下一页,返回,.,32,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,如图3-2-24所示冷却液温度传感器的结构与电路原理，当发动机冷却液温度高时，热敏电阻的阻值小，信号电压低；当发动机冷却液温度低时，热敏电阻值高，信号电压高。ECU根据电阻值的这一变化便可测得发动机冷却液的温度，进行喷油量的修正。除了修正喷油量，冷却液温度传感器信号还用于修正点火正时、可变气门正时、确定换挡时刻等。典型的冷却液温度传感器在20时，电阻值为24k，冷却液温度达到80时，电阻值大多在400以下，冷却液温度传感器的特性曲线如图3-2-25所示。冷却液温度传感器通常为一条或两条引线。两条引线的，一条为信号线，另一条为搭铁线；一条引线的则利用传感器外壳搭铁。传感器导线无极性之分。,上一页,下一页,返回,.,33,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,2.进气温度传感器在装有进气温度歧管绝对压力传感器的D型电控燃油喷射的发动机上，进气温度传感器安装在进气歧管上，而在装有空气流量计的L型电控燃油喷射系统的发动机上，进气温度传感器就是空气流量计的一部分。进气温度传感器用于检测发动机冷起动时进气道的空气温度，此时电控单元对进气温度和冷却液温度进行比较，如果两者之差在8内，电控单元就确定发动机处于冷起动工况。这为发动机是否进行闭环控制、燃油蒸发控制等提供了判断依据。,上一页,下一页,返回,.,34,任务二空气供给系统主要传感器的原理与检测,3.废气再循环温度传感器废气再循环温度传感器安装在废气再循环管道上，用于测量废气再循环气体温度，如图3-2-26所示。当废气再循环阀门开启时，所测温度上升，传感器告知电控单元废气再循环系统在工作。以上3种温度传感器的共同特点：传感器电阻都采用负温度系数的热敏电阻，传感器电路的工作原理也相似。热敏电阻一端与一个固定电阻串联，ECU提供5V电源，热敏电阻另一端通过ECU搭铁，ECU检测热敏电阻两端的信号电压。环境温度升高，电阻值减少，信号电压变小；环境温度降低，电阻值增大，信号电压变大。,上一页,返回,.,35,图3-1-1空气供给系统的组成,返回,.,36,图3-1-2可