客户赵先生驾驶一辆2021款大众迈腾B8L轿车，早晨起动车辆时，发现发动机起动困难以及仪表上的发动机故障指示灯常亮。经过汽车维修技师仔细检查发现进气流量传感器出现故障，引起的发动机启动困难以及故障灯点亮。作为汽车维修专业的学生，你知道如何对进气流量传感器故障进行检修吗？

一、进气流量传感器的功用与分类

进气流量传感器称为空气流量传感器AFS(Air Flow Sensor)，又称为空气流量计AFM(Air Flow Meter)，是发动机控制系统最重要的传感器之一。进气流量传感器可以检测发动机的进气量，并将进气量转换成电信号(0～5V)输入到发动机ECU，以供ECU计算确定喷油时间(即喷油量)和点火时间。空气流量信号是发动机电控单元ECU计算喷油时间和点火时间的主要依据。空气流量增大，进气量增大，喷油增多，点火提前角减小。

根据空气计量方式不同，空气流量传感器分为L型(空气流量型)和D型(压力型)两种。其中L型空气流量传感器又分为体积流量型传感器(包括叶片式、卡门旋涡式)和质量流量型传感器(包括热线式和热膜式)。目前广泛采用的是热线式和热膜式进气流量传感器。

二、进气流量传感器的结构与原理

1.热线式进气流量传感器结构及工作原理

（1）热线式进气流量传感器的结构

热线式进气流量传感器的结构如图3-3-1所示，它主要由热线（铂丝制成的发热体）、温度补偿电阻、控制电路、采样管和流量计壳体等组成。

热线和温度补偿电阻都安装在进气道中，热线的作用是感知空气流量，温度补偿电阻能对进气温度进行补偿修正。控制电路板安装在流量计壳体上，控制电路能控制热丝与温度补偿电阻的温差保持不变，并将空气流量转化为电压信号。进气管连接侧的防护网用于防止回火和脏污物进入空气流量传感器。

（a）外观结构                   （b）剖面结构

图3-3-1 热线式进气流量传感器外观结构和剖面结构

图3-3-2 热线式进气流量传感器结构图

（2）热线式进气流量传感器的工作原理

热线式进气流量传感器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。工作原理如图3-3-3所示。

图3-3-3 热线式进气流量传感器工作原理

当温度较低的空气流过放置在空气通道中温度较高的热线时，热线的热量被空气吸收，使热线温度下降，热线电阻减小。通过热线的空气质量流量越大，被带走的热量就越多，热线温度下降也越多，热线电阻也越小。

安装在控制电路板上的精密电阻器RA和RB、热线电阻Rh、温度补偿电阻Rk组成惠斯通电桥电路。当空气流经热线时，热线温度降低而电阻减小，改变了惠斯通电桥中的电压分布，惠斯通电桥失去平衡，若要保持电桥平衡，就必须增加流经热线电阻的电流Ih，升高热线温度，使热线阻值增大恢复电桥的平衡。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。

由于精密电阻RA的电阻值是一定的，流经精密电阻RA和热线的电流相等，所以精密电阻RA两端的电压随流经热线的空气量相应变化，控制电路将精密电阻RA两端的电压输送给ECU，即可确定进气量。发动机工作时，热线所需的加热电流一般在50～120mA之间。

当电桥电流增大时，精密电阻ＲＡ上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转换为电压信号的变化。输出电压与空气流量之间近似于4次方根的关系，特性曲线如图3-3-4所示。信号电压输入ECU后，ECU便可根据信号电压的高低计算出空气质量流量的大小。

图3-3-4 热线式进气流量传感器输出电压、空气流量特性曲线

当热线粘污后，其热辐射降低，会影响测量精度。为保证测量精度，热线式进气流量传感器一般都有自洁功能。发动机转速超过1500r/min，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统自动将热线加热到1000℃以上并保持1s，以便将附在热线上的灰尘烧掉。在检查自洁功能时，将热线式进气流量传感器进气系统的防尘网拆下，起动发动机并加速到2500 r/min以上。当发动机停机后5s，从空气流量传感器的进气口处可以看到热线自动加热发红大约1s的时间，如无此现象，则要检测自洁信号或更换空气流量传感器。

2.热膜式进气流量传感器结构及工作原理

（1）热膜式进气流量传感器的结构

热膜式进气流量传感器的结构与热线式进气流量传感器基本相同，不同之处在于发热体由热线改为热膜（图3-3-5）。热膜是由发热金属铂丝固定在薄的树脂膜上构成的。这种结构下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，提高了空气流量传感器的可靠性与寿命，且不易受灰尘污染。

图3-3-5 热膜式进气流量传感器结构

（2）热膜式进气流量传感器的工作原理

热膜式进气流量传感器的工作原理与热线式相同。其结构上没有旁通气道，发热元件是平面型的，从上面观察时，可设法使其投影面做得很小，这样做的目的是可以减少进气通道的阻力。与热线式相比，热膜式发热体的响应性稍差，由于其不需要自洁，因而不容易损坏。

从产品技术的递进性来看，热膜式进气流量传感器是热线式进气流量传感器的改进产品。在结构与工作原理上两者基本相同，只是热膜式发热元件采用的由铂金属片固定在树脂薄膜上而构成的热膜，优点是提高了可靠性和耐用性，不粘附灰尘。

3.叶片式进气流量传感器结构及工作原理

（1）叶片式进气流量传感器的结构

叶片式进气流量传感器主要由旋转测量叶片（由测量叶片和缓冲叶片构成）、电位计、回位弹簧、旁通气道、进气温度传感器等构成，如图3-3-6所示。

图3-3-6 叶片式进气流量传感器结构

1-测量叶片；2-缓冲叶片；3-汽油泵节点；4-平衡配重；5-调整齿圈；

6-回位弹簧；7-电位计部分；8-印制电路板

叶片转轴安装在空气流量传感器的壳体上，转轴一端有螺旋式回位弹簧。空气进入时，当回位弹簧的弹力与吸入空气气流对旋转测量叶片的推力平衡时，旋转测量叶片处于稳定位置。旋转测量叶片随空气流量的变化在空气主通道内偏转，同时，缓冲叶片在缓冲室内同步偏转，缓冲室对叶片起缓冲阻尼作用，可减小因发动机进气量急剧变化而引起的测量叶片脉动。叶片式进气流量传感器的结构简单,可靠性高；但进气阻力大，响应较慢且体积较大。

（2）叶片式进气流量传感器的工作原理

叶片式进气流量传感器是一种利用力矩平衡原理和电位器原理的流量传感器。

发动机工作时，旋转测量叶片随着进气量的加大而偏转加大，当回位弹簧的阻力与进气流对叶片的推力相等时，发动机就在相对稳定的工况下开始工作了，当节气门开度进一步加大时，旋转测量叶片也随之进一步达到稳定的状态。同样，随着发动机的转速下降，节气门开度减小时，旋转测量叶片也就逐渐关小。

由于在怠速时，发动机的空燃比会因发动机、燃油喷射装置和系统的不同，出现一定的偏差，需要通过调整旁通道面积，使叶片式进气流量传感器的输出与ECU控制的目标值相一致。因此，在旁通道一侧设有可以改变旁通空气量的CO调整螺钉，以便调整叶片式进气流量传感器的输出特性。在修正怠速时转速的同时也控制了怠速时的排放。

叶片式进气流量传感器的进气量检测主要靠测量片所在轴上的电位计来实现。叶片式进气流量传感器电位计的位置如图3-3-6所示，其检测原理如图3-3-7所示。

图3-3-7 叶片式进气流量传感器电位计检测原理

1-可动指针﹔2-电位计可变电阳；3-空气出口；4-测量片；

5-空气旁通道；6-空气入口

当测量叶片开度随着进气量的增加而增大时，如图3-3-7中所示的电位计上可动指针1也随之转动，从而引起电位计可变电阻2的阻值发生相对改变，从而引起电位计上的电压发生了相对改变。ECU就是通过获得这个变化的电压值来测得实际进入发动机汽缸内的进气量的。其中，为了避免由于蓄电池电压的变化引起此处电压的改变，使ECU不能准确判断进气量的影响，实际上，ECU采用的是一个相对准确的电压比值，也就是Us/Us。Us是电位计中可变电阻滑动触点停止的位置到蓄电池负极的电压，Us是Vs到蓄电池负极的电压。由于信号是采用的比值，蓄电池电压的高低就不会影响到ECU对进气量的监测准确性了。

卡门旋涡式进气流量传感器

卡门旋涡式进气流量传感器又称为卡尔曼涡流式空气流量计。

卡门旋涡式进气流量传感器是利用超声波或光电信号，通过检测卡门旋涡频率测量气体流速，再由ECU根据测量的流速计算吸入气缸的空气质量。旋涡出现的频率与空气的流速成正比，即空气的流速越大，旋涡出现的频率也越高。

图3-3-8 卡门旋涡产生原理

如图3-3-8所示，当在空气中垂直设置一个柱状物，空气通过柱状物两侧，由于滞流表面的滞流作用，在其下游交替地产生两列旋转方向相反且交替出现的旋涡，且该旋涡出现的频率与空气的流速成正比，即空气的流速越大，旋涡出现的频率也越高。这种旋涡被称为卡门旋涡。

一、任务准备

工作任务：一辆2021款大众迈腾B8L轿车，请对进气流量传感器进行全面的检查。

1.课前准备

（1）场地设施：举升机一台，装有废气抽排系统和消防设施的场地。

（2）设备设施：2021款大众迈腾B8L轿车一辆

（3）工量具：常用工具（一套）、车辆故障诊断仪、万用表等。

（4）耗材：车内三件套、车外三件套等。

（5）学生组织：教师指导、分组实训、过程评价。

2.注意事项

（1）在工作过程中要注意人身安全，认真执行7S管理。

（2）在工作过程中请根据操作步骤，规范操作，防止损坏设备和器材。

（3）严格按照工作要求正确使用仪器设备，出现问题及时报告，服从管理。

二、任务实施

1.故障现象

一辆2021款大众迈腾B8L轿车在起动车辆时，发现发动机起动困难，仪表上的发动机故障指示灯常亮。

2.故障原因分析

根据故障现象，发动机故障指示灯常亮且发动机起动困难，显然与电控系统相关，而非发动机机械系统故障。考虑到车型年代并不算老旧，燃油系统故障的可能性相对较小。在空气供给系统中，可能存在进气流量传感器故障、进气压力传感器故障和节气门故障等问题。为了明确故障原因，应采用先外后里的诊断排除原则，首先对空气流量传感器进行检测。

3.故障诊断与排除

如图3-3-9所示，2021款迈腾B8L轿车热膜式进气流量传感器与其他部件之间的连接电路。该进气流量传感器共有3个端子，其中T4dl/1号端子为蓄电池供电端子（蓄电池电压）、T4dl/2号端子为进气流量传感器信号端子、T4dl/1号端子为进气流量传感器搭铁端子。

图3-3-9 进气流量传感器电路

（1）读取故障码

用故障诊断仪的“读取故障码”功能，检查进气流量传感器的工作情况。选择“读取故障码”功能，读取空气流量计的故障码，如图3-3-10所示。

图3-3-10 进气流量传感器故障码

（2）读取数据流

用故障诊断仪的“读取数据流”功能检查空气流量传感器的工作情况。选择“读取数据流”功能，读取空气流量传感器的数据流，当冷却液温度大于80℃，发动机怠速时，空气流量的标准值为2.0-4.0g/s。（图3-3-11）

图3-3-11 空气流量传感器数据流

（3）蓄电池供电电压检测

万用表选择20V直流电压档，拔下空气流量传感器线束插头，红表笔接线束端T4dl/1号端子，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，将车辆点火开关置于ON档，此时万用表读数应为12V左右，如图3-3-12所示。如果不正常，检查供电线路是否断路或短路或继电器保险是否损坏。

图3-3-12 进气流量传感器蓄电池供电电压检测

（4）搭铁线电阻检测

万用表选择200欧姆电阻档，拔下空气流量传感器线束插头，红表笔接线束端T4dl/3号端子，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，将车辆点火开关置于off档，此时万用表读数应为0欧左右，如图3-3-13所示。如果不正常，检查电脑搭铁是否良好、搭铁线路是否断路或短路。

图3-3-13 空气流量传感器搭铁线检测

（5）信号线电压检测

万用表选择20V直流电压档，拔下空气流量传感器线束插头，红表笔接线束端T4dl/2号端子，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，将车辆点火开关置于ON档，此时万用表读数应为5V左右。如果不正常，检查供电线路是否断路或短路，以及ECU是否有故障。

万用表选择20V直流电压档，安插备针于T4dl/1号端子，红表笔接T4dl/1号端子备针，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，启动车辆，在怠速时应为1.5V左右；急加速时应达到3.5-4.5V，信号电压在0到5V之间变化，如图3-3-14所示。如果不正常，检查信号线是否断路或短路，检查传感器本身是否损坏。

图3-3-14 空气流量传感器信号电压检测

（6）供电及信号线路电阻检测

万用表选择200欧姆电阻档，将车辆点火开关置于off档，拔下进气流量传感器、ECU线束插头，分别测量ECU线束端T91/17、T91/34端子与进气流量传感器线束端T4dl/1、T4dl/2端子之间的电阻，此时万用表读数应为0.5欧左右，如图3-3-15所示。如果不正常，检查线路是否短路或断路。

图3-3-15 空气流量传感器线路检测

1.空气流量传感器可以检测发动机的进气量，并将进气量转换成电信号(0～5V)输入到发动机ECU，以供ECU计算确定喷油时间(即喷油量)和点火时间。

2.热线式进气流量传感器的热线和温度补偿电阻都安装在进气道中，热线可感知空气流量，温度补偿电阻能对进气温度进行补偿修正。控制电路板安装在流量计壳体上，控制电路能控制热丝与温度补偿电阻的温差保持不变，并将空气流量转化为电压信号。

3.为保证测量精度，热线式进气流量传感器一般都有自洁功能。发动机转速超过1500r/min，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统自动将热线加热到1000℃以上并保持1s，以便将附在热线上的灰尘烧掉。

4.热膜式进气流量传感器的结构与热线式进气流量传感器基本相同，不同之处在于发热体由热线改为热膜，没有旁通气道。

5.叶片式进气流量传感器主要由旋转测量叶片（由测量叶片和缓冲叶片构成）、电位计、回位弹簧、旁通气道、进气温度传感器等构成，是一种利用力矩平衡原理和电位器原理的流量传感器。

6.卡门旋涡式空气流量传感器是利用超声波或光电信号，通过检测卡门旋涡频率测量气体流速，再由ECU根据测量的流速计算吸入气缸的空气质量。