卡罗拉轿车空气流量计的故障诊断与排除

国家职业资格全省统一鉴定（国家职业资格一级）汽车修理电工论文题目：丰田卡罗拉轿车空气流量计的故障诊断与排除编号：第2页共10页丰田卡罗拉轿车空气流量计的故障诊断与排除摘要:本文主要介绍一台08款1.6排量1ZR发动机卡罗拉行驶中熄火，导致启动后明显怠速抖动、容易熄火、加速性能差、出现冒黑烟故障，而且黑烟随加速而增多，油耗增加，阐述此类故障的维修思路和维修方法。关键词:怠速不稳加速性能差空气流量计波形分析维修引言：随着电子控制燃油系统的普及，相应的维修技术问题不断出现，尤其是发动机控制系统中的传感器故障，以及传感器之间的相关故障更显突出。空气流量计就是典型的例子，在检测发动机电控单元时，故障诊断仪经常显示空气流量计故障。空气流量计是用来计算发动机进气量的传感器，在汽车电子燃油喷射系统中，把空气流量信号和发动机转速信号一起作为喷油时间的基准信号。发动机电子控制燃油喷射系统是一个电子计算机技术正在以前所未有的速度闯入一切需要控制的机械领域典型的例子。在这个系统中,电脑不仅能精确控制各系统工作,并且还具有故障自诊断及失效保护功能,可把故障代码存入电脑供维修参考,并启动失效保护电路,维持发动机工作。电脑发挥功用的关键,取决于各种传感器和开关信号能否传送正确的信号,其中决定基本喷油量的空气流量传感器--空气流量计(MAF)，空气流量计是电喷系统的关键部件之一，起着重要的作用。它的作用是测量在一定时间内通过传感器的空气流量(空气流量测量值反映发动机负荷的大小)。控制电脑(ECU)根据发动机负荷及发动机转速两个基本参数控制基本喷油脉宽和基本点火提前角，同时根据水温、进气温度、空燃比反馈、爆震等参数进行修正。如果空气流量计发生故障,电脑将得不到正确的进气量信号,从而不能正常地进行喷油量控制,造成混合气过浓或过稀,使发动机性能下降,或不能正常运转。因此，空气流量计状况的好坏直接影响到车辆的行驶。1、卡罗拉汽车空气流量计的组成和工作原理1.1空气流量计的分类第一代简称L型（流量型）。在节气门轴上设置一个联动的滑变电阻来测第3页共10页量节气门开度，进而通过转速信号及进气温度信号换算成进气量。目前已很少应用，多用于老车型，现有些车型用于辅助信号。工作原理为：当空气从空气滤清器流入空气流量计时，气流推动叶片。当叶片压力与叶片复位弹簧力相等时，叶片就平衡在某一个位置。与叶片轴连接的电位计将吸入的空气量转化成可以发送给发动机ECU的电压信号。第二代简称D型（间接测量型）。在进气歧管中引出真空，该真空作用到电压感应片上，感应出电压值，在ECU中计算出相应的进气压力，再参照进气截面积计算出进气量。工作原理为：传感器单元内装有一个硅膜片，并结合一个保持在预定真空度的真空室。压敏电阻的一侧暴露于歧管进气压力，另一侧暴露于内部真空管。这样，即使海拔高度有变化，歧管进气压力也能精准测量，因此不需要采用高海拔补偿校正。歧管进气压力的变化会造成压敏电阻形状的变化，压敏电阻的电阻值也会根据变形程度而变化。此电阻值变动经IC芯片变换后所得的电压信号就是进气歧管压力信号。第三代简称热线式。其原理是ECU通过给热线不同的电流来保持热线恒温。当不同流量的空气流经热线时将带走不同的热量，这时的电流变化就成为进气量的度量。第四代简称热膜式。工作原理与热线式基本相同，是热线式的改进型，目前应用最广。1.2卡罗拉质量空气流量计的结构组成卡罗拉质量空气流量计是才用发热体直径为70um的铂丝制成的，张紧装于管道内部，设计时就使其比进气温度高120度。在温度传感器还有空气温度补偿电阻。它是由氧化铝陶瓷基片印刷的铂膜而形成的，它是于精密电阻一起设置在管道内。为防止附着在热丝上的灰尘等造成性能下降，设有灰尘燃烧电路，在点火开关置于断开档时，在一定的条件下，将热丝加热到1000度、1秒，烧掉灰尘等附着物。因为是用铂丝做发热元件，所以响应性好。如图1第4页共10页图1卡罗拉质量空气流量计的结构1.3卡罗拉上的空气流量计工作原理该空气流量计使用铂热电阻线。热阻空气流量计由铂热电阻线、热敏电阻和装于塑料壳内的控制电路组成。热阻空气流量计工作原理是位于壳上的进气旁路中的铂热电阻线和热敏电阻检测进气温度的变化。热电阻线由控制通过它的当前流量而保持在一设定的温度。该当前流量作为空气流量计的输出电压测出。电路的构成是铂热电阻线和热敏电阻提供了由功率晶体管控制的一个电桥，以使A和B的电位相等，从而保持设定温度。如图2简单的说，当发动机启动后，空气气流会带走铂丝周围的热量而温度下降，铂丝电阻值也随之改变。从而导致电桥失去平衡，此时与热线相连的桥式电路将改变电流以保持温度恒定。当进气量增大时，被带走的温度也随之增大，相反则减少。电桥电流变化随通入进气量所带走温度变化而变化，导致产生的电压信号也发生变化，然后把信号传输给电子控制单元，间接测量了通入气缸的空气量。电子控制单元经过计算分析后确定合适的喷油量，并发出相关指令，以确定修正喷油量和点火正时。第5页共10页图2卡罗拉质量空气流量计的原理图2、空气流量计的故障原因分析2.1空气流量计元件存在质量问题根据上述的结构、工作原理可以分析，当空气流量计出现元件或线路连接、电子控制单元(ECU)故障、输入信号出现偏差时，电子控制单元会无法接受到空气流量的电压信号值或将错误的信号值输入电子控制单元经计算分析后控制喷油量，也可能由于信号偏差达到极限值而开启失效保护功能控制喷油量。这几种情况都会导致最后进入到气缸进行混合的气过浓或者过稀，从而出现发动机容易熄火、加速性能差、怠速不稳等故障现象。2.2空气流量计内部很脏污而导致信号电压有偏差热线式空气流量计通常输出电压范围是从怠速时超过0.2伏变踩至节气门全开时输出的4伏之间变化，当全减速时输出电压应比怠速的电压稍低。发动机运转时，波形的幅值看上去在不断波动，这是正常的。因为热线式空气流量计没有任何运动部件，因为没有连贯性，所以它能快速对空气流量的变化做出反应。在加速时波形所看到的杂波实际是在低进气真空之下各缸进气口上的空气气流脉动，控制电脑中的处理器电路读入后会清除这些信号，所以这些信号脉动没有关系。但如果空气流量计上有脏污或铂丝表面有污垢，也会影响电压信号的。正确波形分析如图3，使用金德仪器在实车上测量空气流量的动态信号电压，测得信号电压值如表2。第6页共10页图3热线式空气流量传感器波形分析表2：条件实测值标准值怠速工况0.4V0.2V全负荷工况3V大于4V根据金德诊断仪器的测量动态数据显示和实车波形测试与标准波形对比，发动机容易熄火、加速性能差、怠速不稳等故障现象应是空气流量计或相关部件有问题，使输出的信号电压存在偏差而引起，而主要原因有以下两种：1、空气流量计元件存在质量问题2、空气流量计内部很脏污而导致信号电压有偏差3、故障诊断流程与排除3.1故障诊断方法与流程第7页共10页图4故障诊断分析树状图3.2故障排除使用着车判断法，在发动机运转状态的情况下松开空气流量计的连接线束插头，细心观察发动机的变化。当松开接头时，有以下几种情况：1）发动机故障依旧不变。这样说明了空气流量计元件有故障或连接到ECU端的线束不良而造成的，当电子控制单元ECU接受到信号偏差值达到设定值时或ECU根本无法接受到空气流量的信号时，电子控制单元ECU早已启用了失效保护功能，同时也点亮了仪表板上的发动机故障指示灯。就算拔下空气流量计时，发动机的工况也依旧一样。2）发动机变化微弱。这样说明空气流量计是正常的，在空气流量计拔下插头之前，电子控制单元ECU根据此时当前正确的空气流量的信号进行运第8页共10页算分析，控制燃油喷射量，发动机运转平稳；当拔下空气流量计后，ECU认为空气流量计有故障，便进入失效保护模式，调取写入在存储器里的设定数据进行控制。因为存在数据偏差，所以发动机会出现微弱的抖动现象，表现更为明显的在于怠速工况。3）中高速故障现象消失。这说明了由于空气流量计电压信号而造成的，元件没有完全损坏。只不过把信号偏差值传输给电子控制单元ECU，而造成空气混合气过浓或过稀，发动机燃烧不正常，导致发动机怠速不稳、容易熄火、冒黑烟和加速性能差的现象。当发动机工况在中高速状态时，电子控制单元ECU控制喷油量随空气流量的增加而增加，正好验证了混合气不均匀。经过试车测试后，发动机在中高速时故障现象消失，可以判断是由于信号偏差而造成的。为了更进一步的验证，断开空气流量计连接器和电子控制单元ECU，测量之间的连接线束。测量3号针脚VG与ECU端E12的2针脚、2号针脚EVG与E12的10针脚小于1欧姆，1号针脚+B与车身搭铁输出电压为12V，线束无开路和短路、错接现象。一般维修不轻易怀疑ECU故障，于是使用元件替换法替换空气流量计，故障现象消失。发动机怠速平稳、加速性能良好、冒黑烟也没有了，故障被排除。4、故障实例分析4.1故障现象一辆装载1ZR1.6排量的卡罗拉轿车，在行驶过程中出现熄火，再次启动发动机后出现怠速不稳、容易熄火、加速性能差、出现冒黑烟故障，而且黑烟随加速而增多，油耗增加。部件上。4.2故障诊断使用金德仪器KT600对该车进行故障诊断检测，调取故障代码，代码含义为：P0102质量空气流量计电路故障。清除当前故障代码，再次启动发动机。仪表板依旧出现发动机故障码，故障现象依旧出现。再次读取故障代码，显示为质量空气流量计电路故障，说明此故障是真实故障码，可以知道造成该车故障的原因是可能发生在空气流量计和相关4.3原因分析1、可能是热敏电阻损坏，导致给电压参照的数值无法得到实现；2、可能是铂丝断裂或上面有灰尘导致无法正常工作；3、可能是连接传感器的导线短路或断路造成的故障；第9页共10页4、可能是电脑ECM损坏。4.4故障排除过程首先检查插头端是否松动，发现无松动。进车，清码并再次读码，故障码P0102任然存在，下面接着进行定格数据流分析。质量空气流率（g/s）故障约0.0质量空气流量计电源电路断路VG电路断路或短路271.0或以上E2G电路断路（故障分析表又叫数据流分析表）读取数据流质量空气流率为约0.0g/s，确认1、质量空气流量计电源电路断路2、VG电路断路或短路图5MAF电路图下面进行检测：先从电源电路入手，把点火开关打到ON档，用万用表测量（电压档）+B到搭铁的电压，标准值为9~14V，实测11.57V。（如果电压异常，则检查EFINO.1保险丝以及+B电路）但现在电压正常，则检查元件。施加12V正电到元件3插脚，元件4插脚则与车身搭铁（条件为：蓄电池负极不断电的情况下），用万用表（电压档）测量电压，用万用表负表笔接4插脚，正表笔接5插脚，读取电压0.285V，轻轻吹元件（元件的热敏电阻电压发生改变为正常，电压不改变则为元件损第10页共10页坏），实测电压从0.285V变化为1.08V，证明元件是良好的。针脚参照图5以上测试证明元件无损坏和+B电路正常，下面进行VG电路测量（断开电脑端插头和断开元件端插头）。测量电脑端插脚到连接器插脚5之间的电阻，R=1Ω（万用表误差为0.2Ω）证明电路无断路，然后测量电脑端插脚到搭铁电阻，R=1Ω（标准值为R＞10KΩ），发现线路VG与车身搭铁。维修线束后，进车清码再读码，发现系统正常，证明故障已排除。5、结束语通过以上的诊断分析，最终把此故障排除。从中得出结论，当MAF电路中的VG电路发生短路时，无法反馈信号给电脑，电脑则会以默认值来维持发动机的转速，从而使发动机的燃烧不正常，使其工况怠速不稳、加速性能差、冒黑烟的故障现象。参考献文1.丰田汽车公司NZE-12系列/EEZ-12系列诊断修理手册2000年9月2.廖发良主编汽车电控系统的结构与检测（第二版）北京：电子工业出版社2009年6月3.朱军主编电子控制发动机电路波形分析北京：机械工业出版社