卡羅拉轎車空氣流量計(jì)的故障診斷與排除

1、國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定（國家職業(yè)資格一級）汽車修理電工論文題目：豐田卡羅拉轎車空氣流量計(jì)的故障診斷與排除編號:豐田卡羅拉轎車空氣流量計(jì)的故障診斷與排除摘要：本文主要介紹一臺08款1.6排量1ZR發(fā)動機(jī)卡羅拉行駛中熄火，導(dǎo)致 啟動后明顯怠速抖動、容易熄火、加速性能差、出現(xiàn)冒黑煙故障，而且黑煙 隨加速而增多，油耗增加，闡述此類故障的維修思路和維修方法。關(guān)鍵詞 ： 怠速不穩(wěn) 加速性能差 空氣流量計(jì) 波形分析 維修 引言： 隨著電子控制燃油系統(tǒng)的普及，相應(yīng)的維修技術(shù)問題不斷出現(xiàn)，尤其 是發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的傳感器故障，以及傳感器之間的相關(guān)故障更顯突出。 空氣流量計(jì)就是典型的例子，在檢測發(fā)動機(jī)電控單元時(shí)

2、，故障診斷儀經(jīng)常顯 示空氣流量計(jì)故障?？諝饬髁坑?jì)是用來計(jì)算發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的傳感器，在汽車 電子燃油噴射系統(tǒng)中，把空氣流量信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號一起作為噴油時(shí)間 的基準(zhǔn)信號。發(fā)動機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)是一個電子計(jì)算機(jī)技術(shù)正在以前所未有的 速度闖入一切需要控制的機(jī)械領(lǐng)域典型的例子。在這個系統(tǒng)中 , 電腦不僅能精 確控制各系統(tǒng)工作 ,并且還具有故障自診斷及失效保護(hù)功能 , 可把故障代碼存 入電腦供維修參考 ,并啟動失效保護(hù)電路 , 維持發(fā)動機(jī)工作。電腦發(fā)揮功用的 關(guān)鍵,取決于各種傳感器和開關(guān)信號能否傳送正確的信號, 其中決定基本噴油量的空氣流量傳感器-空氣流量計(jì)（MAF），空氣流量計(jì)是電噴系統(tǒng)的關(guān)鍵部件

3、 之一，起著重要的作用。它的作用是測量在一定時(shí)間內(nèi)通過傳感器的空氣流 量（空氣流量測量值反映發(fā)動機(jī)負(fù)荷的大小 ）?？刂齐娔X （ECU） 根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù) 荷及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速兩個基本參數(shù)控制基本噴油脈寬和基本點(diǎn)火提前角，同時(shí)根 據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、空燃比反饋、爆震等參數(shù)進(jìn)行修正。如果空氣流量計(jì)發(fā) 生故障 , 電腦將得不到正確的進(jìn)氣量信號 , 從而不能正常地進(jìn)行噴油量控制 造成混合氣過濃或過稀 ,使發(fā)動機(jī)性能下降 , 或不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，空氣流 量計(jì)狀況的好壞直接影響到車輛的行駛。1、卡羅拉汽車空氣流量計(jì)的組成和工作原理1.1 空氣流量計(jì)的分類第一代簡稱L型（流量型）。在節(jié)氣門軸上設(shè)置一個聯(lián)動的滑變電阻來

4、測 量節(jié)氣門開度，進(jìn)而通過轉(zhuǎn)速信號及進(jìn)氣溫度信號換算成進(jìn)氣量。目前已很 少應(yīng)用，多用于老車型，現(xiàn)有些車型用于輔助信號。工作原理為：當(dāng)空氣從 空氣濾清器流入空氣流量計(jì)時(shí)，氣流推動葉片。當(dāng)葉片壓力與葉片復(fù)位彈簧 力相等時(shí)，葉片就平衡在某一個位置。與葉片軸連接的電位計(jì)將吸入的空氣 量轉(zhuǎn)化成可以發(fā)送給發(fā)動機(jī)EC的電壓信號。第二代簡稱D型（間接測量型）。在進(jìn)氣歧管中引出真空，該真空作用到 電壓感應(yīng)片上，感應(yīng)出電壓值，在 EC中計(jì)算出相應(yīng)的進(jìn)氣壓力，再參照進(jìn)氣 截面積計(jì)算出進(jìn)氣量。工作原理為：傳感器單元內(nèi)裝有一個硅膜片，并結(jié)合 一個保持在預(yù)定真空度的真空室。壓敏電阻的一側(cè)暴露于歧管進(jìn)氣壓力，另 一側(cè)暴露于

5、內(nèi)部真空管。這樣，即使海拔高度有變化，歧管進(jìn)氣壓力也能精 準(zhǔn)測量，因此不需要采用高海拔補(bǔ)償校正。歧管進(jìn)氣壓力的變化會造成壓敏 電阻形狀的變化，壓敏電阻的電阻值也會根據(jù)變形程度而變化。此電阻值變 動經(jīng)IC芯片變換后所得的電壓信號就是進(jìn)氣歧管壓力信號。第三代簡稱熱線式。其原理是ECUS過給熱線不同的電流來保持熱線恒 溫。當(dāng)不同流量的空氣流經(jīng)熱線時(shí)將帶走不同的熱量，這時(shí)的電流變化就成 為進(jìn)氣量的度量。第四代簡稱熱膜式。工作原理與熱線式基本相同，是熱線式的改進(jìn)型， 目前應(yīng)用最廣。1.2 卡羅拉質(zhì)量空氣流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成卡羅拉質(zhì)量空氣流量計(jì)是才用發(fā)熱體直徑為 70um勺鉑絲制成的，張緊裝 于管道內(nèi)部，設(shè)計(jì)

6、時(shí)就使其比進(jìn)氣溫度高 120度。在溫度傳感器還有空氣溫度 補(bǔ)償電阻。它是由氧化鋁陶瓷基片印刷的鉑膜而形成的，它是于精密電阻一 起設(shè)置在管道內(nèi)。為防止附著在熱絲上的灰塵等造成性能下降，設(shè)有灰塵燃 燒電路，在點(diǎn)火開關(guān)置于斷開檔時(shí)，在一定的條件下，將熱絲加熱到1000度、1秒，燒掉灰塵等附著物。因?yàn)槭怯勉K絲做發(fā)熱元件，所以響應(yīng)性好。如圖1鉗熱電阻線圖1 卡羅拉質(zhì)量空氣流量計(jì)的結(jié)構(gòu)1.3卡羅拉上的空氣流量計(jì)工作原理該空氣流量計(jì)使用鉑熱電阻線。熱阻空氣流量計(jì)由鉑熱電阻線、熱敏電 阻和裝于塑料殼內(nèi)的控制電路組成。熱阻空氣流量計(jì)工作原理是位于殼上的 進(jìn)氣旁路中的鉑熱電阻線和熱敏電阻檢測進(jìn)氣溫度的變化。熱電阻

7、線由控制 通過它的當(dāng)前流量而保持在一設(shè)定的溫度。該當(dāng)前流量作為空氣流量計(jì)的輸 出電壓測出。電路的構(gòu)成是鉑熱電阻線和熱敏電阻提供了由功率晶體管控制 的一個電橋，以使A和B的電位相等，從而保持設(shè)定溫度。如 圖2簡單的說，當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，空氣氣流會帶走鉑絲周圍的熱量而溫度下 降，鉑絲電阻值也隨之改變。從而導(dǎo)致電橋失去平衡，此時(shí)與熱線相連的橋 式電路將改變電流以保持溫度恒定。當(dāng)進(jìn)氣量增大時(shí)，被帶走的溫度也隨之 增大，相反則減少。電橋電流變化隨通入進(jìn)氣量所帶走溫度變化而變化，導(dǎo) 致產(chǎn)生的電壓信號也發(fā)生變化，然后把信號傳輸給電子控制單元，間接測量 了通入氣缸的空氣量。電子控制單元經(jīng)過計(jì)算分析后確定合適的噴

8、油量，并 發(fā)出相關(guān)指令，以確定修正噴油量和點(diǎn)火正時(shí)。熱敏電PR圖2卡羅拉質(zhì)量空氣流量計(jì)的原理圖宅白熱歧川M丄力徉in1!體2、空氣流量計(jì)的故障原因分析 2.1空氣流量計(jì)元件存在質(zhì)量問題根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)、工作原理可以分析，當(dāng)空氣流量計(jì)出現(xiàn)元件或線路連 接、電子控制單元（ECU）故障、輸入信號出現(xiàn)偏差時(shí)，電子控制單元會無法接 受到空氣流量的電壓信號值或?qū)㈠e誤的信號值輸入電子控制單元經(jīng)計(jì)算分析 后控制噴油量，也可能由于信號偏差達(dá)到極限值而開啟失效保護(hù)功能控制噴 油量。這幾種情況都會導(dǎo)致最后進(jìn)入到氣缸進(jìn)行混合的氣過濃或者過稀，從 而出現(xiàn)發(fā)動機(jī)容易熄火、加速性能差、怠速不穩(wěn)等故障現(xiàn)象。2.2空氣流量計(jì)內(nèi)部

9、很臟污而導(dǎo)致信號電壓有偏差熱線式空氣流量計(jì)通常輸出電壓范圍是從怠速時(shí)超過0.2伏變踩至節(jié)氣門全開時(shí)輸出的4伏之間變化，當(dāng)全減速時(shí)輸出電壓應(yīng)比怠速的電壓稍低。發(fā) 動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，波形的幅值看上去在不斷波動，這是正常的。因?yàn)闊峋€式空氣 流量計(jì)沒有任何運(yùn)動部件，因?yàn)闆]有連貫性，所以它能快速對空氣流量的變 化做出反應(yīng)。在加速時(shí)波形所看到的雜波實(shí)際是在低進(jìn)氣真空之下各缸進(jìn)氣 口上的空氣氣流脈動，控制電腦中的處理器電路讀入后會清除這些信號，所 以這些信號脈動沒有關(guān)系。但如果空氣流量計(jì)上有臟污或鉑絲表面有污垢， 也會影響電壓信號的。正確波形分析如圖3,使用金德儀器在實(shí)車上測量空氣 流量的動態(tài)信號電壓，測得信號電

10、壓值如表 2。圖3熱線式空氣流量傳感器波形分析表2:條件實(shí)測值標(biāo)準(zhǔn)值怠速工況0.4V0.2V全負(fù)荷工況3V大于4V根據(jù)金德診斷儀器的測量動態(tài)數(shù)據(jù)顯示和實(shí)車波形測試與標(biāo)準(zhǔn)波形對 比，發(fā)動機(jī)容易熄火、加速性能差、怠速不穩(wěn)等故障現(xiàn)象應(yīng)是空氣流量計(jì)或 相關(guān)部件有問題，使輸出的信號電壓存在偏差而引起，而主要原因有以下兩 種：1、空氣流量計(jì)元件存在質(zhì)量問題2、空氣流量計(jì)內(nèi)部很臟污而導(dǎo)致信號電壓有偏差3、故障診斷流程與排除3.1故障診斷方法與流程從用戶收集信息檢查用戶征兆讀取故障代碼II有碼無碼檢查傳感器插頭是否松動確認(rèn)為偶發(fā)性故障清碼并k次讀碼無碼I有碼黠為偎境性讀取定格數(shù)據(jù)流確定故障部儻，并參照故障診斷

11、流程進(jìn)行排故復(fù)檢圖4故障診斷分析樹狀圖3.2故障排除使用著車判斷法，在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下松開空氣流量計(jì)的連接線 束插頭，細(xì)心觀察發(fā)動機(jī)的變化。當(dāng)松開接頭時(shí)，有以下幾種情況：1) 發(fā)動機(jī)故障依舊不變。這樣說明了空氣流量計(jì)元件有故障或連接到ECU端的線束不良而造成的，當(dāng)電子控制單元ECU接受到信號偏差值達(dá)到設(shè)定 值時(shí)或ECU根本無法接受到空氣流量的信號時(shí)，電子控制單元ECU早已啟用了失效保護(hù)功能，同時(shí)也點(diǎn)亮了儀表板上的發(fā)動機(jī)故障指示燈。就算拔下空 氣流量計(jì)時(shí)，發(fā)動機(jī)的工況也依舊一樣。2) 發(fā)動機(jī)變化微弱。這樣說明空氣流量計(jì)是正常的，在空氣流量計(jì)拔 下插頭之前，電子控制單元 ECU根據(jù)此時(shí)當(dāng)前正

12、確的空氣流量的信號進(jìn)行運(yùn)算分析，控制燃油噴射量，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；當(dāng)拔下空氣流量計(jì)后，ECIM為空氣流量計(jì)有故障，便進(jìn)入失效保護(hù)模式，調(diào)取寫入在存儲器里的設(shè)定數(shù)據(jù) 進(jìn)行控制。因?yàn)榇嬖跀?shù)據(jù)偏差，所以發(fā)動機(jī)會出現(xiàn)微弱的抖動現(xiàn)象，表現(xiàn)更 為明顯的在于怠速工況。3) 中高速故障現(xiàn)象消失。這說明了由于空氣流量計(jì)電壓信號而造成 的，元件沒有完全損壞。只不過把信號偏差值傳輸給電子控制單元 ECU而造 成空氣混合氣過濃或過稀，發(fā)動機(jī)燃燒不正常，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)、容易 熄火、冒黑煙和加速性能差的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)動機(jī)工況在中高速狀態(tài)時(shí)，電子控 制單元ECL控制噴油量隨空氣流量的增加而增加，正好驗(yàn)證了混合氣不均勻。經(jīng)過試

13、車測試后，發(fā)動機(jī)在中高速時(shí)故障現(xiàn)象消失，可以判斷是由于信號 偏差而造成的。為了更進(jìn)一步的驗(yàn)證，斷開空氣流量計(jì)連接器和電子控制單 元ECU測量之間的連接線束。測量 3號針腳VG與ECU端 E12的2針腳、2 號針腳EVG與 E12的10針腳小于1歐姆，1號針腳+B與車身搭鐵輸出電壓為 12V,線束無開路和短路、錯接現(xiàn)象。一般維修不輕易懷疑 ECU故障，于是使 用元件替換法替換空氣流量計(jì)，故障現(xiàn)象消失。發(fā)動機(jī)怠速平穩(wěn)、加速性能 良好、冒黑煙也沒有了，故障被排除。4、故障實(shí)例分析4.1 故障現(xiàn)象一輛裝載 1ZR 1.6 排量的卡羅拉轎車，在行駛過程中出現(xiàn)熄火，再次啟 動發(fā)動機(jī)后出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、容易熄火

14、、加速性能差、出現(xiàn)冒黑煙故障，而且 黑煙隨加速而增多，油耗增加。部件上。4.2 故障診斷使用金德儀器 KT600 對該車進(jìn)行故障診斷檢測，調(diào)取故障代碼，代碼含 義為：P0102質(zhì)量空氣流量計(jì)電路故障。清除當(dāng)前故障代碼，再次啟動發(fā)動機(jī)。 儀表板依舊出現(xiàn)發(fā)動機(jī)故障碼，故障現(xiàn)象依舊出現(xiàn)。再次讀取故障代碼，顯 示為質(zhì)量空氣流量計(jì)電路故障，說明此故障是真實(shí)故障碼，可以知道造成該 車故障的原因是可能發(fā)生在空氣流量計(jì)和相關(guān)4.3 原因分析1、可能是熱敏電阻損壞，導(dǎo)致給電壓參照的數(shù)值無法得到實(shí)現(xiàn)；2、可能是鉑絲斷裂或上面有灰塵導(dǎo)致無法正常工作；3、可能是連接傳感器的導(dǎo)線短路或斷路造成的故障；4、可能是電腦EC

15、啾壞4.4故障排除過程首先檢查插頭端是否松動，發(fā)現(xiàn)無松動。進(jìn)車，清碼并再次讀碼，故障碼P0102任然存在，下面接著進(jìn)行定格數(shù)據(jù)流分析。質(zhì)量空氣流率（g/s）故障約0.0質(zhì)量空氣流量計(jì)電源電路斷路VG電路斷路或短路271.0或以上E2G電路斷路（故障分析表又叫數(shù)據(jù)流分析表）讀取數(shù)據(jù)流質(zhì)量空氣流率為約 o.og/s，確認(rèn)1、質(zhì)量空氣流量計(jì)電源電路斷路2、VG電路斷路或短路圖5 MAF電路圖下面進(jìn)行檢測：先從電源電路入手，把點(diǎn)火開關(guān)打到ON檔，用萬用表測量（電壓檔）+B到 搭鐵 的電壓，標(biāo)準(zhǔn)值為914V,實(shí)測11.57 V。（如果電壓異常，則檢查EFI NO.1 保險(xiǎn)絲以及+B電路）但現(xiàn)在電壓正常，

16、則檢查元件。施加12V正電到元件3插腳，元件4插腳 則與車身搭鐵（條件為：蓄電池負(fù)極不斷電的情況下），用萬用表（電壓檔） 測量電壓，用萬用表負(fù)表筆接 4插腳，正表筆接5插腳，讀取電壓0.285V，輕輕吹元件（元件的熱敏電阻電壓發(fā)生改變?yōu)檎＃妷翰桓淖儎t為元件損壞），實(shí)測電壓從 0.285V 變化為 1.08V ，證明元件是良好的。針腳參照 圖 5 以上測試證明元件無損壞和+B電路正常，下面進(jìn)行 VG電路測量（斷開 電腦端插頭和斷開元件端插頭） 。測量電腦端插腳到連接器插腳 5 之間的電阻， R=1Q （萬用表誤差為0.2 Q）證明電路無斷路，然后測量電腦端插腳到搭鐵 電阻，R=1Q （標(biāo)準(zhǔn)值為R> 10KQ）,發(fā)現(xiàn)線路VG與車身搭鐵。維修線束后， 進(jìn)車清碼再讀碼，