常州外汽豐田汽車銷售服務(wù)有限公司（213022） 高惠民

豐田車空氣流量傳感器搭鐵電路故障實(shí)例

常州外汽豐田汽車銷售服務(wù)有限公司（213022） 高惠民

在汽車電子及電器系統(tǒng)中，蓄電池負(fù)極電纜通過(guò)金屬車身或懸架作為搭鐵線，承擔(dān)用電設(shè)備電流回路作用，且保證了用電設(shè)備電源相對(duì)于一個(gè)共同的參考點(diǎn)有正極12 V電壓。如圖1所示，豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（ECU）包含以下3種基本搭鐵電路：E1端子是發(fā)動(dòng)機(jī)ECU搭鐵端子，通常與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣室相連；E2和E21端子是傳感器搭鐵端子，與ECU內(nèi)部電路中的E1相連，使傳感器搭鐵電位與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU搭鐵電位有相同值，防止傳感器探測(cè)電壓值的誤差；E01和E02端子是執(zhí)行器搭鐵端子，用于噴油器、怠速控制閥、空燃比傳感器加熱器等的搭鐵，并與E1端子一樣，連接在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣室上。當(dāng)這些搭鐵電路中有接觸電阻時(shí)，就會(huì)在動(dòng)力提供和信息發(fā)送回路中形成電壓降，造成執(zhí)行器不能正常工作或傳感器信號(hào)錯(cuò)誤。下面用1例豐田皇冠轎車空氣流量傳感器搭鐵電路故障的分析來(lái)證明搭鐵電路的重要性。

故障現(xiàn)象 一輛行駛里程約為15萬(wàn)km的2008年生產(chǎn)的豐田皇冠轎車（車型為GRS188L-DETBKC，裝備5GR 2.5 L V型發(fā)動(dòng)機(jī)），行駛中發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈點(diǎn)亮。

故障診斷 接車后，首先驗(yàn)證故障現(xiàn)象，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，儀表盤上的發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈和車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)故障指示燈（VSC）都一直點(diǎn)亮。用IT-Ⅱ進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，讀取故障代碼，讀得的故障代碼為P0172和P0175，其含義分別是“系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)濃（1列）”和“系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)濃（2列）”。2個(gè)故障代碼的檢測(cè)條件是發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)且空燃比反饋穩(wěn)定時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)ECU檢測(cè)到連續(xù)2次行駛工況周期內(nèi)，1列氣缸和2列氣缸燃油修正誤差嚴(yán)重偏濃，就會(huì)點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈，并儲(chǔ)存故障代碼和故障定格數(shù)據(jù)。為驗(yàn)證故障是否確實(shí)存在，用IT-Ⅱ清除故障記憶，并將發(fā)動(dòng)機(jī)ECU從正常模式切換到檢測(cè)模式（檢測(cè)模式可以方便重現(xiàn)故障），并選擇合適的道路進(jìn)行試車。首先讓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)2 min。然后將車速控制在60 km/h～120 km/h，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在1 400 r/min～3 200 r/min，讓車輛行駛3 min～5 min，松開加速踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回到怠速。故障指示燈又亮了。用IT-Ⅱ讀取故障代碼和故障定格數(shù)據(jù)（圖2和圖3）。從故障定格數(shù)據(jù)中可以看到，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（Engine speed）為664 r/min；空氣質(zhì)量流量（MAF）為7.35 g/s；計(jì)算負(fù)荷（Calculate Load）為44.7%；噴油脈寬[Injector（port）]為3.84 ms；點(diǎn)火提前角（IGN Advance）為上止點(diǎn)前4°；1列和2列氣缸燃油短期修正（short FT1#和short FT2#）分別為-8.6%和-9.4%；1列和2列氣缸燃油長(zhǎng)期修正（Long FT1# 和Long FT2#）均為-29%。上述數(shù)據(jù)反映了一個(gè)共同的問(wèn)題，左右兩列氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下，進(jìn)氣量偏大，ECU的計(jì)算負(fù)荷增加，噴油脈寬延長(zhǎng)，點(diǎn)火正時(shí)推遲，混合氣過(guò)濃，ECU做大幅度減油修正，數(shù)據(jù)顯示與故障代碼內(nèi)容一致。針對(duì)會(huì)影響1列和2列氣缸混合氣同時(shí)過(guò)濃的故障現(xiàn)象，分析可疑原因后，作如下檢查。

（1）為了判斷空燃比傳感器（A/FS）和后氧傳感器（O2S）信號(hào)反饋的正確性，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升到1 000 r/min時(shí)，拔掉一根節(jié)氣門后方的真空管，讓發(fā)動(dòng)機(jī)多一些旁路進(jìn)氣量，結(jié)果兩列氣缸的燃油長(zhǎng)短效修正值均有很大幅度下降，混合氣呈現(xiàn)向稀狀態(tài)調(diào)整的趨勢(shì)，這說(shuō)明A/FS和后O2S的反饋正常，ECU計(jì)算的燃油修正值正確。

（2）檢查發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器。用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液實(shí)際溫度與IT-Ⅱ顯示的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度相符合，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器及其線路沒有問(wèn)題。

（3）檢測(cè)燃油壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的燃油壓力為320 kPa（標(biāo)準(zhǔn)為301 kPa～347 kPa），隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，燃油壓力沒有變化。

（4）檢查空氣流量。對(duì)于2.5 L發(fā)動(dòng)機(jī)，正常怠速時(shí)的空氣流量在2.5 g/s～3.0 g/s，噴油脈寬為2.17 ms，但從該車故障定格數(shù)據(jù)來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收到的空氣流量傳感器信號(hào)卻是7.35 g/s（接近發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 000 r/min時(shí)的進(jìn)氣量），而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)卻只有664 r/min，以此計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，便增加了基本噴油脈寬，從而導(dǎo)致了混合氣過(guò)濃，燃油修正總值超過(guò)正常最大修正閾值，點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈，儲(chǔ)存系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)濃的故障代碼。而且，從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)中還反映出發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和高速時(shí)的燃油修正值基本相同，這是空氣流量傳感器故障的一個(gè)顯著特點(diǎn)。空氣流量傳感器故障有2個(gè)方面，即空氣流量傳感器內(nèi)部電路故障和空氣流量傳感器外部線路故障。

豐田皇冠轎車采用的是熱線式空氣流量傳感器（圖4）。熱線式空氣流量傳感器是利用熱耗散原理制成的，傳感器用一根鉑絲作為熱線電阻（以下簡(jiǎn)稱熱線），和檢測(cè)環(huán)境溫度的熱敏電阻一起安裝在進(jìn)氣道檢測(cè)區(qū)域中。熱線通電后產(chǎn)生熱量，氣流通過(guò)熱線時(shí)，熱線的熱量被冷卻，控制熱線上的電流，可以保持熱線上的溫度恒定。這樣控制電流與進(jìn)氣量有著相應(yīng)的比例關(guān)系，即氣流可以改變空氣流量傳感器的輸出電壓。圖5所示為熱線式空氣流量傳感器內(nèi)部電路，熱線電阻Rh接入橋式電路，根據(jù)橋式電路的特性，當(dāng)對(duì)角線的電阻（Ra+R3）×R1=Rh×R2時(shí)A點(diǎn)和B點(diǎn)的電位相等。當(dāng)熱線（Rh）被流過(guò)的空氣冷卻，熱線的正溫度系數(shù)特性使電阻值變小，導(dǎo)致A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生電位差，運(yùn)算放大器檢測(cè)到電位差就接通功率晶體管，增加熱線（Rh）上的電流，這樣熱線（Rh）的溫度上升，電阻值變大，直到A、B兩點(diǎn)的電位恢復(fù)相等。進(jìn)氣量與B點(diǎn)輸出電壓的關(guān)系是進(jìn)氣量變大，熱線電阻（Rh）阻值變小，流過(guò)Rh的電流變大，B點(diǎn)輸出電壓變大，在電橋電路中用熱敏電阻Ra（環(huán)境溫度電阻）作為一個(gè)電橋臂，作用是Ra和Rh的溫度保持在比進(jìn)氣溫度更高的恒定溫度上，而且即使進(jìn)氣溫度變化，也能精確地測(cè)量出進(jìn)氣質(zhì)量，所以發(fā)動(dòng)機(jī)ECU就沒有必要為了進(jìn)氣溫度變化來(lái)校正噴油脈寬。另外，在高海拔地區(qū)，空氣密度較小，與海平面處相同體積的氣流冷卻能力相比較，其冷卻能力變小，結(jié)果是熱線的冷卻量也降低，測(cè)量到的進(jìn)氣質(zhì)量也隨之減少，因此不需要采用海拔高度補(bǔ)償。

根據(jù)空氣流量傳感器檢測(cè)原理，分析故障數(shù)據(jù)，對(duì)照電路圖（圖6），決定先檢查空氣流量傳感器外圍電路。讓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)ECU處的空氣流量傳感器信號(hào)輸入端子（VG）和搭鐵端子（E2G）的電壓，為1.4 V（正常情況下，怠速時(shí)該電壓應(yīng)在1.18 V～1.25 V），這說(shuō)明空氣流量傳感器信號(hào)確實(shí)比規(guī)定值偏大；接著斷開蓄電池負(fù)極，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的D5導(dǎo)線連接器端子27（VG）與空氣流量傳感器信號(hào)輸出的端子3之間的電阻，小于0.5 Ω；再測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的 D5導(dǎo)線連接器端子26（E2G）與空氣流量傳感器信號(hào)搭鐵的端子2之間的電阻，為1.5 Ω，且在拉動(dòng)此電線是該電阻值忽大忽小地變化。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)電線中間被用膠布裹著，剝開膠布發(fā)現(xiàn)電線是斷裂后被重新接上的，但沒有焊接，從而造成接頭處存在接觸電阻，電阻值隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)和溫度變化而增大，這等于在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和空氣流量傳感器信號(hào)輸入搭鐵回路中串聯(lián)了一個(gè)額外的電阻，從而使空氣流量傳感器信號(hào)電壓變高，造成ECU認(rèn)為是進(jìn)氣量大的錯(cuò)誤信息判斷。

3 故障排除

把斷裂的電線接頭重新焊接牢固，再查看發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)流，怠速時(shí)的MAF降為2.8 g/s，計(jì)算負(fù)荷為15%，長(zhǎng)短效燃油修正恢復(fù)到±5%之內(nèi)，模擬試車，故障未再出現(xiàn)。車主來(lái)提車時(shí)，詢問(wèn)車主得知，原來(lái)該車曾發(fā)生過(guò)碰撞事故，在其他修理廠修復(fù)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)線束。

4 修理總結(jié)

該案例是一個(gè)典型的傳感器搭鐵電路故障。車載傳感器輸出一般都用5 V信號(hào)電壓，如果在傳感器輸出端或搭鐵端線路中有接觸電阻，會(huì)使輸出電壓偏低或偏高。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收到的信號(hào)偏移，可能會(huì)報(bào)出與傳感器無(wú)關(guān)的故障代碼，且采用多路通信系統(tǒng)后，傳感器信息共享，還會(huì)出現(xiàn)與故障無(wú)關(guān)的系統(tǒng)報(bào)警，如本案中的VSC故障指示燈點(diǎn)亮。因此遇到此類故障，一定要了解故障代碼的生成條件，分析系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握相關(guān)傳感器的工作原理，再進(jìn)行故障診斷和檢測(cè)。同時(shí)，還要重視對(duì)傳感器外圍線路的檢查，傳感器輸出端的電壓差應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸入端的電壓差相同，因此要保證線路的電阻小于0.5 Ω。

另外，在分析系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，最關(guān)鍵的是要調(diào)出與系統(tǒng)運(yùn)行工況相關(guān)的重要數(shù)據(jù)組，并和標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)（可以通過(guò)新車采集）進(jìn)行對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生時(shí)的數(shù)據(jù)變化，這有助于診斷的準(zhǔn)確性。

2016-11-06）