豐田車空氣流量傳感器搭鐵電路故障實例

常州外汽豐田汽車銷售服務有限公司（213022） 高惠民

豐田車空氣流量傳感器搭鐵電路故障實例

常州外汽豐田汽車銷售服務有限公司（213022） 高惠民

在汽車電子及電器系統中，蓄電池負極電纜通過金屬車身或懸架作為搭鐵線，承擔用電設備電流回路作用，且保證了用電設備電源相對于一個共同的參考點有正極12 V電壓。如圖1所示，豐田汽車發動機電控單元（ECU）包含以下3種基本搭鐵電路：E1端子是發動機ECU搭鐵端子，通常與發動機進氣室相連；E2和E21端子是傳感器搭鐵端子，與ECU內部電路中的E1相連，使傳感器搭鐵電位與發動機ECU搭鐵電位有相同值，防止傳感器探測電壓值的誤差；E01和E02端子是執行器搭鐵端子，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，連接在發動機進氣室上。當這些搭鐵電路中有接觸電阻時，就會在動力提供和信息發送回路中形成電壓降，造成執行器不能正常工作或傳感器信號錯誤。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證明搭鐵電路的重要性。

故障現象 一輛行駛里程約為15萬km的2008年生產的豐田皇冠轎車（車型為GRS188L-DETBKC，裝備5GR 2.5 L V型發動機），行駛中發動機故障指示燈點亮。

故障診斷 接車后，首先驗證故障現象，起動發動機，儀表盤上的發動機故障指示燈和車輛穩定控制系統故障指示燈（VSC）都一直點亮。用IT-Ⅱ進入發動機電控系統，讀取故障代碼，讀得的故障代碼為P0172和P0175，其含義分別是“系統狀態過濃（1列）”和“系統狀態過濃（2列）”。2個故障代碼的檢測條件是發動機暖機且空燃比反饋穩定時，如果發動機ECU檢測到連續2次行駛工況周期內，1列氣缸和2列氣缸燃油修正誤差嚴重偏濃，就會點亮發動機故障燈，并儲存故障代碼和故障定格數據。為驗證故障是否確實存在，用IT-Ⅱ清除故障記憶，并將發動機ECU從正常模式切換到檢測模式（檢測模式可以方便重現故障），并選擇合適的道路進行試車。首先讓發動機怠速運轉2 min。然后將車速控制在60 km/h～120 km/h，將發動機轉速控制在1 400 r/min～3 200 r/min，讓車輛行駛3 min～5 min，松開加速踏板，使發動機轉速回到怠速。故障指示燈又亮了。用IT-Ⅱ讀取故障代碼和故障定格數據（圖2和圖3）。從故障定格數據中可以看到，發動機轉速（Engine speed）為664 r/min；空氣質量流量（MAF）為7.35 g/s；計算負荷（Calculate Load）為44.7%；噴油脈寬[Injector（port）]為3.84 ms；點火提前角（IGN Advance）為上止點前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列氣缸燃油長期修正（Long FT1# 和Long FT2#）均為-29%。上述數據反映了一個共同的問題，左右兩列氣缸在發動機怠速狀態下，進氣量偏大，ECU的計算負荷增加，噴油脈寬延長，點火正時推遲，混合氣過濃，ECU做大幅度減油修正，數據顯示與故障代碼內容一致。針對會影響1列和2列氣缸混合氣同時過濃的故障現象，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）信號反饋的正確性，在發動機轉速提升到1 000 r/min時，拔掉一根節氣門后方的真空管，讓發動機多一些旁路進氣量，結果兩列氣缸的燃油長短效修正值均有很大幅度下降，混合氣呈現向稀狀態調整的趨勢，這說明A/FS和后O2S的反饋正常，ECU計算的燃油修正值正確。

（2）檢查發動機冷卻液溫度傳感器。用紅外線測溫儀檢測發動機冷卻液實際溫度與IT-Ⅱ顯示的發動機冷卻液溫度相符合，說明發動機冷卻液溫度傳感器及其線路沒有問題。

（3）檢測燃油壓力。發動機怠速時的燃油壓力為320 kPa（標準為301 kPa～347 kPa），隨著發動機轉速的升高，燃油壓力沒有變化。

（4）檢查空氣流量。對于2.5 L發動機，正常怠速時的空氣流量在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據來看，發動機ECU接收到的空氣流量傳感器信號卻是7.35 g/s（接近發動機轉速2 000 r/min時的進氣量），而發動機轉速信號卻只有664 r/min，以此計算出發動機負荷，便增加了基本噴油脈寬，從而導致了混合氣過濃，燃油修正總值超過正常最大修正閾值，點亮發動機故障燈，儲存系統狀態過濃的故障代碼。而且，從發動機運行數中還反映出發動機怠速和高速時的燃油修正值基本相同，這是空氣流量傳感器故障的一個顯著特點。空氣流量傳感器故障有2個方面，即空氣流量傳感器內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（以下簡稱熱線），和檢測環境溫度的熱敏電阻一起安裝在進氣道檢測區域中。熱線通電后產生熱量，氣流通過熱線時，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。這樣控制電流與進氣量有著相應的比例關系，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部電路，熱線電阻Rh接入橋式電路，根據橋式電路的特性，當對角線的電阻（Ra+R3）×R1=Rh×R2時A點和B點的電位相等。當熱線（Rh）被流過的空氣冷卻，熱線的正溫度系數特性使電阻值變小，導致A、B兩點產生電位差，運算放大器檢測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兩點的電位恢復相等。進氣量與B點輸出電壓的關系是進氣量變大，熱線電阻（Rh）阻值變小，流過Rh的電流變大，B點輸出電壓變大，在電橋電路中用熱敏電阻Ra（環境溫度電阻）作為一個電橋臂，作用是Ra和Rh的溫度保持在比進氣溫度更高的恒定溫度上，而且即使進氣溫度變化，也能精確地測量出進氣質量，所以發動機ECU就沒有必要為了進氣溫度變化來校正噴油脈寬。另外，在高海拔地區，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，結果是熱線的冷卻量也降低，測量到的進氣質量也隨之減少，因此不需要采用海拔高度補償。

根據空氣流量傳感器檢測原理，分析故障數據，對照電路圖（圖6），決定先檢查空氣流量傳感器外圍電路。讓發動機怠速運轉，測量發動機ECU處的空氣流量傳感器信號輸入端子（VG）和搭鐵端子（E2G）的電壓，為1.4 V（正常情況下，怠速時該電壓應在1.18 V～1.25 V），這說明空氣流量傳感器信號確實比規定值偏大；接著斷開蓄電池負極，測量發動機ECU的D5導線連接器端子27（VG）與空氣流量傳感器信號輸出的端子3之間的電阻，小于0.5 Ω；再測量發動機ECU的 D5導線連接器端子26（E2G）與空氣流量傳感器信號搭鐵的端子2之間的電阻，為1.5 Ω，且在拉動此電線是該電阻值忽大忽小地變化。仔細檢查發現電線中間被用膠布裹著，剝開膠布發現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，電阻值隨著發動機運轉振動和溫度變化而增大，這等于在發動機ECU和空氣流量傳感器信號輸入搭鐵回路中串聯了一個額外的電阻，從而使空氣流量傳感器信號電壓變高，造成ECU認為是進氣量大的錯誤信息判斷。

3 故障排除

把斷裂的電線接頭重新焊接牢固，再查看發動機運行數據流，怠速時的MAF降為2.8 g/s，計算負荷為15%，長短效燃油修正恢復到±5%之內，模擬試車，故障未再出現。車主來提車時，詢問車主得知，原來該車曾發生過碰撞事故，在其他修理廠修復過發動機線束。

4 修理總結

該案例是一個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信號電壓，如果在傳感器輸出端或搭鐵端線路中有接觸電阻，會使輸出電壓偏低或偏高。發動機ECU接收到的信號偏移，可能會報出與傳感器無關的故障代碼，且采用多路通信系統后，傳感器信息共享，還會出現與故障無關的系統報警，如本案中的VSC故障指示燈點亮。因此遇到此類故障，一定要了解故障代碼的生成條件，分析系統的運行數據，掌握相關傳感器的工作原理，再進行故障診斷和檢測。同時，還要重視對傳感器外圍線路的檢查，傳感器輸出端的電壓差應與發動機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，在分析系統運行數據時，最關鍵的是要調出與系統運行工況相關的重要數據組，并和標準參考數據（可以通過新車采集）進行對比，從而發現故障產生時的數據變化，這有助于診斷的準確性。

2016-11-06）