汽车发动机故障分析方法及线路检测

空气流量计主要有叶片式、量芯式、卡门旋涡式、热线式及热膜式。目前应用最广泛的是热线式及热膜式。这里只分析热线式及热膜式空气流量计及进气管漏气对空气流量传感器的影响。

（1）热线式空气流量计 热线式空气流量计（MAF）的应用越来越多，热线式空气流量计（MAF）是测量通过节气门的空气流量的传感器，其工作原理如图4-13所示，在空气流量计内有一个暴露在进气气流中的加热式铂丝。通过ECM向铂丝施加电流，将其加热到指定的温度。进气流可冷却铂丝和内部热敏电阻，从而改变它们的电阻值。为保持固定的温差值，ECM在空气流量计内调节施加到这些组件上的电压。电压值与通过传感器的空气流量成比例，并且ECM会利用该值来计算进气量。此电路经过精心设计，铂热丝和温度传感器形成桥式电路，并且通过控制晶体管，使A和B之间的压差保持相等来维持预定温度。

图4-13 热线式空气流量计

以丰田车系的热线式空气流量计为例，当空气流量计电压低于0.2V，或高于4.9V约3s（第一行程逻辑）时，ECM将设定故障码P0100，当空气流量计电压低于0.2V约3s（第一行程逻辑）时ECM将设定故障码P0102，当空气流量计电压高于4.9V约3s（第一行程逻辑）时，ECM将设定故障码P0103。通过进入智能测试仪中的Powertrain（传动系）/Engine and ECT（发动机和ECT）/Data List（数据表）读取数据，如显示空气流量约为0.0g/s，则故障可能为空气流量（MAF）计电源电路中存在开路、VG电路中存在开路或短路。如显示空气流量约为271.0g/s或更高，则E2G电路存在开路。

丰田2AZ-FE发动机上的空气流量计连接器端子如图4-14所示。检查时，首先检查空气流量计（电源电压）+B-车身接地之间蓄电池电压应为9～14V。然后检查输出电压：断开空气流量计连接器，在传感器侧的端子+B和E2G之间施加蓄电池电压，用嘴对检测口吹气，用万用表检测端子VG端子E2G之间的电压，应为0.2～4.9V，气流增大，电压增大。

图4-14 丰田2AZ-FE发动机的热线式空气流量计

（2）热膜式空气质量计 如图4-15所示，热膜式空气质量计主要由测量管和传感器电子单元及传感器元件组成。通过测量分流（旁路）中的空气来测量空气质量。图示这种热膜式空气质量计通过其特殊的结构，空气质量计可以测量吸入及回流的空气质量。这个信号，在汽油发动机上，主要用于计算发动机负荷，用于控制点火提前角、喷油量，有的还根据此信号控制汽油蒸汽蒸发控制系统的活性炭罐清洗流量。在柴油发动机上，这个空气质量流量信号主要用于控制EGR率，并修正喷油量。

图4-15 热膜式空气质量计

污粒、发动机机油蒸气和湿气侵入传感器元件会导致测量结果出错。出于这个原因，设计测量管和阻流网的构造，检修时特别要注意防止污物进入传感器电子单元。

热膜式空气质量计也是按照热力测量原理工作的。如图4-16所示，它由下列主要部件组成：具有回流识别功能的微型机械式传感器元件和进气温度传感器；一个具有数字信号处理功能的传感器电子单元；一个数字接口。与先前的空气质量计相比，新一代空气质量计的信号可以通过数字接口传递给发动机控制单元进行准确、稳定的分析。数字信号处理与以往的型号不同，热膜式空气质量计将数字信号传递给发动机控制单元。以前发动机控制单元接收到的是一个模拟信号，随着元器件的老化，过渡电阻会使信号失真。

图4-16 热膜式空气流量计的组成

如图4-17所示，气流的检测方式采用旁通检测方式，旁路通道在流动性方面进行了优化。用于空气质量测量的空气流在阻流边后面被吸入旁路通道。通过阻流边的构造在其后产生负压。在这个负压的作用下，空气分流被吸入旁路通道，以进行空气质量测量。污粒跟不上空气的这种快速运动，通过分离孔被重新导入进气中。这样，测量结果不会因污粒而失真，传感器元件也不会因其而损坏。

图4-17 热膜式空气流量计的气流检测方式

传感器元件位于传感器电子单元旁边，并伸入用于空气质量测量的空气分流内。(www.xing528.com)

在传感器元件上有一个热电阻、两个与温度相关的电阻R1和R2，以及一个进气温度传感器。

进气流的识别原理如图4-18所示。传感器元件在中间通过热电阻被加热到高于进气温度120℃。例如，进气温度为30℃时，热电阻将被加热至150℃，由于与热电阻之间的间距，传感器至边缘的温度逐渐降低。电子模块通过R1和R2的温度差识别出进气空气质量和流向。例如，当进气温度为30℃；传感器元件边缘温度为30℃；热电阻为150℃；无进气流时，R1和R2的温度为90℃；当有进气流时，R1的温度50℃；有进气流时R2的温度大约90℃；这时就可通过R1的温度小于R2的温度来判定空气为进气流。

图4-18 进气流的识别原理

回流识别的原理如图4-19所示。回流识别：进气阀关闭时，吸入的空气受其阻碍回流到空气质量计。如果回流未被识别出来，则测量结果就会出错。回流的空气碰到传感器元件，先流过与温度相关的电阻R2，接下来流过热电阻，然后流过与温度相关的电阻R1，如图所示。例如，进气温度为30℃；热电阻为150℃；R2的温度为50℃，R1的温度为90℃，说明有空气回流，电子模块通过R1和R2的温度差识别出回流空气质量和流向。

图4-19 回流的识别原理

如图4-20所示，空气质量计向发动机控制单元传递一个包含被测空气质量的数字信号（频率）。发动机控制单元通过周期长度来识别测得的空气质量。

信号失灵时的影响。汽油发动机和柴油发动机在空气质量计失灵时，发动机控制单元将会使用一个在其内预设的替代空气质量计。所以很多发动机的热膜式空气质量流量计失灵或将其连接器拔下时不会直接引起发动机不能运行，但会导致混合气形成效果不佳且尾气检测值变差，从而接通排放警告灯。

使用热膜式空气质量流量计还能提供扩展诊断功能，例如，用于燃油箱或曲轴箱通风系统。因为这些系统会引起空气质量偏差。这一点对于美规车型尤为重要，因为美国排放法规提出了相关要求。

图4-20 热膜式空气质量计的信号波形

（3）进气管漏气对空气流量传感器的影响 进气管漏气不仅会造成空气流量传感器值变低，有时也会造成空气流量传感器值变高。我们在观察发动机动态数据流时应对其数据进行综合分析。

对于不带涡轮增压器的汽车发动机来说，当节气门后方的进气系统漏气时，由于发动机怠速且节气门后存在很大的真空度，所以有一部分空气会从泄漏点进入，所以进入燃烧室的空气有一部分是不经过空气流量传感器检测的。因此，空气流量传感器的数值将显示小。当空气流量计至节气门前方的这一段进气系统存在泄漏点时，由于发动机怠速节气门前不存在很大的真空度，但是仍然有一部分空气会从泄漏点进入，所以进入燃烧室的空气有一部分是不经过空气流量传感器检测的，因此，空气流量传感器的数值也将显示小，但与节气门后方的泄漏相比，同样大小的泄漏点，节气门后方的泄漏对发动机的影响更明显。这是因为在节气门前真空度小，漏气对发动机的影响相对就会小一些。

对于带涡轮增压器的汽车发动机来说，如果在节气门与发动机之间的进气管存在泄漏，由于发动机怠速节气门后存在很大的真空度，有一部分空气会从此泄漏点进入，进入燃烧室的空气有一部分是不经过空气流量传感器检测的，空气流量传感器的数值将变得比正常值要小一些。

如果漏气点在涡轮增压器与节气门之间，空气流量传感器的数值将变大而不是变小，这是因为在怠速时，涡轮增压器也在工作，也在飞快地旋转，快速旋转的涡轮增压器的叶轮会使空气具有一定的气压，它会把一部分空气从泄漏点处挤出，泄漏点越大，会使节气门阻碍的作用进一步减少，涡轮增压器的叶轮会转得更快一些，此时，会有更多的空气从空气流量传感器处流过，所以空气流量计显示数值会比正常的数据大。

如果漏气点在空气流量计与废气涡轮增压器之间，显而易见，空气流量传感器的数值将变小。