丰田车空气流量传感器搭铁电路故障实例

常州外汽丰田汽车销售服务有限公司（213022） 高惠民

丰田车空气流量传感器搭铁电路故障实例

常州外汽丰田汽车销售服务有限公司（213022） 高惠民

在汽车电子及电器系统中，蓄电池负极电缆通过金属车身或悬架作为搭铁线，承担用电设备电流回路作用，且保证了用电设备电源相对于一个共同的参考点有正极12 V电压。如图1所示，丰田汽车发动机电控单元（ECU）包含以下3种基本搭铁电路：E1端子是发动机ECU搭铁端子，通常与发动机进气室相连；E2和E21端子是传感器搭铁端子，与ECU内部电路中的E1相连，使传感器搭铁电位与发动机ECU搭铁电位有相同值，防止传感器探测电压值的误差；E01和E02端子是执行器搭铁端子，用于喷油器、怠速控制阀、空燃比传感器加热器等的搭铁，并与E1端子一样，连接在发动机进气室上。当这些搭铁电路中有接触电阻时，就会在动力提供和信息发送回路中形成电压降，造成执行器不能正常工作或传感器信号错误。下面用1例丰田皇冠轿车空气流量传感器搭铁电路故障的分析来证明搭铁电路的重要性。

故障现象 一辆行驶里程约为15万km的2008年生产的丰田皇冠轿车（车型为GRS188L-DETBKC，装备5GR 2.5 L V型发动机），行驶中发动机故障指示灯点亮。

故障诊断 接车后，首先验证故障现象，起动发动机，仪表盘上的发动机故障指示灯和车辆稳定控制系统故障指示灯（VSC）都一直点亮。用IT-Ⅱ进入发动机电控系统，读取故障代码，读得的故障代码为P0172和P0175，其含义分别是“系统状态过浓（1列）”和“系统状态过浓（2列）”。2个故障代码的检测条件是发动机暖机且空燃比反馈稳定时，如果发动机ECU检测到连续2次行驶工况周期内，1列气缸和2列气缸燃油修正误差严重偏浓，就会点亮发动机故障灯，并储存故障代码和故障定格数据。为验证故障是否确实存在，用IT-Ⅱ清除故障记忆，并将发动机ECU从正常模式切换到检测模式（检测模式可以方便重现故障），并选择合适的道路进行试车。首先让发动机怠速运转2 min。然后将车速控制在60 km/h～120 km/h，将发动机转速控制在1 400 r/min～3 200 r/min，让车辆行驶3 min～5 min，松开加速踏板，使发动机转速回到怠速。故障指示灯又亮了。用IT-Ⅱ读取故障代码和故障定格数据（图2和图3）。从故障定格数据中可以看到，发动机转速（Engine speed）为664 r/min；空气质量流量（MAF）为7.35 g/s；计算负荷（Calculate Load）为44.7%；喷油脉宽[Injector（port）]为3.84 ms；点火提前角（IGN Advance）为上止点前4°；1列和2列气缸燃油短期修正（short FT1#和short FT2#）分别为-8.6%和-9.4%；1列和2列气缸燃油长期修正（Long FT1# 和Long FT2#）均为-29%。上述数据反映了一个共同的问题，左右两列气缸在发动机怠速状态下，进气量偏大，ECU的计算负荷增加，喷油脉宽延长，点火正时推迟，混合气过浓，ECU做大幅度减油修正，数据显示与故障代码内容一致。针对会影响1列和2列气缸混合气同时过浓的故障现象，分析可疑原因后，作如下检查。

（1）为了判断空燃比传感器（A/FS）和后氧传感器（O2S）信号反馈的正确性，在发动机转速提升到1 000 r/min时，拔掉一根节气门后方的真空管，让发动机多一些旁路进气量，结果两列气缸的燃油长短效修正值均有很大幅度下降，混合气呈现向稀状态调整的趋势，这说明A/FS和后O2S的反馈正常，ECU计算的燃油修正值正确。

（2）检查发动机冷却液温度传感器。用红外线测温仪检测发动机冷却液实际温度与IT-Ⅱ显示的发动机冷却液温度相符合，说明发动机冷却液温度传感器及其线路没有问题。

（3）检测燃油压力。发动机怠速时的燃油压力为320 kPa（标准为301 kPa～347 kPa），随着发动机转速的升高，燃油压力没有变化。

（4）检查空气流量。对于2.5 L发动机，正常怠速时的空气流量在2.5 g/s～3.0 g/s，喷油脉宽为2.17 ms，但从该车故障定格数据来看，发动机ECU接收到的空气流量传感器信号却是7.35 g/s（接近发动机转速2 000 r/min时的进气量），而发动机转速信号却只有664 r/min，以此计算出发动机负荷，便增加了基本喷油脉宽，从而导致了混合气过浓，燃油修正总值超过正常最大修正阈值，点亮发动机故障灯，储存系统状态过浓的故障代码。而且，从发动机运行数中还反映出发动机怠速和高速时的燃油修正值基本相同，这是空气流量传感器故障的一个显著特点。空气流量传感器故障有2个方面，即空气流量传感器内部电路故障和空气流量传感器外部线路故障。

丰田皇冠轿车采用的是热线式空气流量传感器（图4）。热线式空气流量传感器是利用热耗散原理制成的，传感器用一根铂丝作为热线电阻（以下简称热线），和检测环境温度的热敏电阻一起安装在进气道检测区域中。热线通电后产生热量，气流通过热线时，热线的热量被冷却，控制热线上的电流，可以保持热线上的温度恒定。这样控制电流与进气量有着相应的比例关系，即气流可以改变空气流量传感器的输出电压。图5所示为热线式空气流量传感器内部电路，热线电阻Rh接入桥式电路，根据桥式电路的特性，当对角线的电阻（Ra+R3）×R1=Rh×R2时A点和B点的电位相等。当热线（Rh）被流过的空气冷却，热线的正温度系数特性使电阻值变小，导致A、B两点产生电位差，运算放大器检测到电位差就接通功率晶体管，增加热线（Rh）上的电流，这样热线（Rh）的温度上升，电阻值变大，直到A、B两点的电位恢复相等。进气量与B点输出电压的关系是进气量变大，热线电阻（Rh）阻值变小，流过Rh的电流变大，B点输出电压变大，在电桥电路中用热敏电阻Ra（环境温度电阻）作为一个电桥臂，作用是Ra和Rh的温度保持在比进气温度更高的恒定温度上，而且即使进气温度变化，也能精确地测量出进气质量，所以发动机ECU就没有必要为了进气温度变化来校正喷油脉宽。另外，在高海拔地区，空气密度较小，与海平面处相同体积的气流冷却能力相比较，其冷却能力变小，结果是热线的冷却量也降低，测量到的进气质量也随之减少，因此不需要采用海拔高度补偿。

根据空气流量传感器检测原理，分析故障数据，对照电路图（图6），决定先检查空气流量传感器外围电路。让发动机怠速运转，测量发动机ECU处的空气流量传感器信号输入端子（VG）和搭铁端子（E2G）的电压，为1.4 V（正常情况下，怠速时该电压应在1.18 V～1.25 V），这说明空气流量传感器信号确实比规定值偏大；接着断开蓄电池负极，测量发动机ECU的D5导线连接器端子27（VG）与空气流量传感器信号输出的端子3之间的电阻，小于0.5 Ω；再测量发动机ECU的 D5导线连接器端子26（E2G）与空气流量传感器信号搭铁的端子2之间的电阻，为1.5 Ω，且在拉动此电线是该电阻值忽大忽小地变化。仔细检查发现电线中间被用胶布裹着，剥开胶布发现电线是断裂后被重新接上的，但没有焊接，从而造成接头处存在接触电阻，电阻值随着发动机运转振动和温度变化而增大，这等于在发动机ECU和空气流量传感器信号输入搭铁回路中串联了一个额外的电阻，从而使空气流量传感器信号电压变高，造成ECU认为是进气量大的错误信息判断。

3 故障排除

把断裂的电线接头重新焊接牢固，再查看发动机运行数据流，怠速时的MAF降为2.8 g/s，计算负荷为15%，长短效燃油修正恢复到±5%之内，模拟试车，故障未再出现。车主来提车时，询问车主得知，原来该车曾发生过碰撞事故，在其他修理厂修复过发动机线束。

4 修理总结

该案例是一个典型的传感器搭铁电路故障。车载传感器输出一般都用5 V信号电压，如果在传感器输出端或搭铁端线路中有接触电阻，会使输出电压偏低或偏高。发动机ECU接收到的信号偏移，可能会报出与传感器无关的故障代码，且采用多路通信系统后，传感器信息共享，还会出现与故障无关的系统报警，如本案中的VSC故障指示灯点亮。因此遇到此类故障，一定要了解故障代码的生成条件，分析系统的运行数据，掌握相关传感器的工作原理，再进行故障诊断和检测。同时，还要重视对传感器外围线路的检查，传感器输出端的电压差应与发动机ECU输入端的电压差相同，因此要保证线路的电阻小于0.5 Ω。

另外，在分析系统运行数据时，最关键的是要调出与系统运行工况相关的重要数据组，并和标准参考数据（可以通过新车采集）进行对比，从而发现故障产生时的数据变化，这有助于诊断的准确性。

2016-11-06）