任务1.4 空气流量传感器故障检修
【学习目标】
1．能根据故障现象制定正确的维修计划。
2．能正确选择诊断设备对发动机空气流量计引起的故障进行诊断。
3．能正确使用万用表、故障诊断仪对空气流量计及其电路进行检测和诊断。
4．能正确记录、分析各种检测结果并做出故障判断。
5．能按照正确操作规范进行空气流量计的更换。
6．能正确检测发动机空气流量计故障的修复质量。
7．能够自主检修发动机空气流量计引起的故障。
【情境描述】
故障现象：迈腾1.8TSI轿车。急加速时回火，行驶无力。
诊断与排除：检查燃油系统、点火系统均正常。进气系统也没有泄漏。
用万用表测量空气流量计2号端子与搭铁之间的电压为12V，说明供电正常。再检查空气流量计5号端子的信号电压，怠速时为1.5V左右，急加速时为2.8V左右。而正常情况下急加速时的信号电压为3.5～4.5V，显然信号电压偏低。拆下空气流量计进行检查，发现取样管内的传感元件上附着有一些絮状杂物，故障原因是空气流量计脏污。
清洗空气流量计后，装复试车，故障排除。
分析：由于空气流量计脏污，不能准确检测进气量的变化，急加速信号偏低，ECU计算出的进气量少，导致喷油量少，混合气偏稀，因而出现上述症状。
【相关知识】
一、空气流量计概述
1．空气流量计的作用
空气流量计也称空气流量传感器（Mass Air Flow Meter，MAF），是测量发动机进气量的装置，它将吸入的空气量转换成电信号送给发动机电脑，作为燃油喷射和点火控制的主要信号。如果空气流量计或其线路出现了故障，发动机电脑接收不到正确的进气量信号，就不能进行喷油量的正确控制，从而造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。空气流量计主要用于L型和LH型电控燃油喷射系统。
2．空气流量传感器的类型
按其结构型式和进气量的检测原理可以分为叶片式（或称翼板式）、卡门旋涡式、热线式和热膜式空气流量计四种。
（1）叶片式空气流量计
叶片式空气流量计的结构如图1-46所示，主要由检测部件、电位计、调整部件、接线插座和进气温度传感器五部分组成。
图1-46 叶片式空气流量计的结构
1）检测部件的结构。检测部件的结构如图1-47所示，由测量叶片和缓冲叶片组成。两块叶片用热模浇铸成一体，叶片总成固定在电位计转轴上。测量叶片在主进气道内随空气量的变化而偏转，缓冲叶片在缓冲室内偏转。缓冲室起到阻尼作用，其目的是当发动机吸入空气量急剧变化或气流脉动时，减小叶片的脉动。叶片转轴一端装有螺旋复位弹簧。电动燃油泵控制触点受检测部件控制。当发动机运转，叶片稍微偏转后，油泵触点就会闭合，燃油泵电路接通泵油。当发动机熄火后，叶片关闭，油泵触点被配重上的触臂顶开，油泵电路切断，此时即使点火开关处于接通位置，油泵也不会运转。这样，在汽车发动机翻车、撞车等事故，导致油管破裂而点火开关又未断开的情况下，可以防止油泵继续泵油，从而防止燃油外溢而发生火灾。
图1-47 检测部件的结构
2）电位计和调整部件的结构。电位计安装在传感器壳体上部，如图1-46所示。电位计内设有调整齿扇和复位弹簧，一端固定在转轴上，另一端固定在调整齿扇上，其上有刻度标记，并用止簧定位。改变齿扇的定位位置，可以调整复位弹簧的预紧力，从而调整传感器的输出特性。叶片转轴上端装有配重和滑臂，随叶片一起转动，同时滑臂也在镀膜电阻上滑动。配重起到平衡作用，使滑臂平稳偏摆。
主空气通道下方设有旁通气道，其上设有改变旁通气道进气量的CO调整螺钉，用来调节发动机怠速时的CO排放量。
3）进气温度传感器的结构。进气温度传感器由负温度系数型热敏电阻构成，安装在主进气道的进气口上，电阻两端分别与接线插座上的搭铁端子和温度信号输出端子相连接。
4）叶片式空气流量计的工作原理。如图1-48所示，当吸入发动机的空气流经传感器主空气道时，叶片受到空气气流产生的推力力矩和复位弹簧弹力力矩的作用。当空气流量增大时，气流压力大，叶片偏转角度大。与此同时，滑臂与叶片同轴转动，使得端子Vc与Vs之间的电阻阻值增大，两端子之间输出的信号电压Us升高。
图1-48 叶片式空气流量计的工作原理图
THA—进气温度传感器信号 Us—空气流量传感器信号电压 Vs—空气流量传感器输出信号 Ub、Uc—电源电压 Fc—油泵开关 E2—搭铁 E1—油泵开关搭铁 Vb、Vc—电源端子
（2）卡门旋涡式空气流量传感器
卡门旋涡空气流量计主要有反光镜式卡门旋涡空气流量计和超声波式卡门旋涡空气流量计。
1）反光镜式卡门旋涡空气流量计
①反光镜式卡门旋涡空气流量计的结构。反光镜式卡门旋涡空气流量计的外形如图1-49所示。在气流通道中放一个锥状的涡流发生器（卡门旋涡发生器），气体通过时在涡流发生器后产生许多卡门旋涡，卡门旋涡的频率和空气流速之间存在一定的关系，测得卡门旋涡的频率就可以求出空气的流速，再乘以空气通道横截面积就可以计算出进气量的体积。反光镜式卡门旋涡空气流量计主要由镜片、发光二极管和光敏晶体管等组成。
图1-49 反光镜式卡门旋涡空气流量计的外形和内部结构
②反光镜式卡门旋涡空气流量计的工作原理。当空气经过发生器时，压力发生变化，经压力导向孔作用在反光镜上，使反光镜发生振动，从而将发光二极管投射的光发射给光电管，对反射光进行检测就可得到涡流的频率，如图1-50所示。频率高对应的进气量大。
图1-50 反光镜式卡门旋涡空气流量计的工作原理
2）超声波式卡门旋涡空气流量计
①超声波式卡门旋涡空气流量计的结构。超声波式卡门旋涡空气流量计由超声波信号发生器、超声波发射器、涡流稳定板、涡流发生器、超声波接收器和转换电路等组成，如图1-51所示。
②超声波式卡门旋涡空气流量计的原理。空气流过卡门旋涡发生器时产生卡门旋涡，卡门旋涡造成空气密度变化，受其影响，信号发生器发出的超声波到达接收器的时机或变早或变晚，测出其相位差，利用放大器使之形成矩形波，矩形波的脉冲频率为卡门旋涡的频率。
（3）热线式空气流量计
1）热线式空气流量计的结构。热线式空气流量计的结构如图1-52所示。热线式空气流量计前后端都装有防护网，前面的防护网用于进气整流；后面的防护网用来防止发动机回火时把铂丝烧坏。防护网用卡箍固定在壳体上，铂丝和进气温度传感器都安装在主气道取样管内的流量计，叫主通式热线式空气流量计；铂丝绕在陶瓷芯管上，并置于旁通气道内的流量计，叫旁通式热线空气流量计。
图1-51 超声波式卡门旋涡空气流量计结构与原理
图1-52 热线式空气流量计的外形和结构
2）热线式空气流量计的工作原理。热线电阻RH以铂丝制成，RH和温度补偿电阻RK均置于空气通道中的取气管内，与RA，RB共同构成桥式电路，如图1-53所示。RH，RK阻值均随温度变化。当空气流经RH时，热线温度发生变化，电阻减小或增大，使电桥失去平衡。若要保持电桥平衡，就必须使流经热线电阻的电流改变，以恢复其温度与阻值，精密电阻RA两端的电压也相应变化，并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号送往ECU。
图1-53 热线式空气流量计工作原理
热线式空气流量计的控制电路中设计有“自洁电路”，可实现自洁功能。每当ECU接收到发动机熄火的信号时，ECU将控制“自洁电路”接通，把铂丝加热到1000℃以上，并持续1s，将黏附在铂丝上的粉尘烧掉。
（4）热膜式空气流量传感器
1）热膜式空气流量计的结构。大众轿车热膜式空气流量计，如图1-54所示。该流量计安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。其核心部件是流量传感元件和热电阻（均为铂膜式电阻）组合在一起构成的热膜电阻。在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在护套内还设有一个铂膜式温度补偿电阻，温度补偿电阻设置在热膜电阻前面靠近空气入口一侧。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束插接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部。
图1-54 热膜式空气流量计的结构
2）热膜式空气流量计的工作原理。热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样，但由于热膜式传感器不使用铂丝作为热电阻，而是将铂电阻、补偿电阻等用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上，使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，从而增加了发热体的强度，不但使空气流量计的可靠性进一步提高，也使误差减小，比热线式性能更好。由于这种流量计基于热膜表面与空气的热传导，热膜上的任何沉积物都将对输出信号产生有害的影响，因此控制电路中具备自动清洁功能。每当发动机熄火后4s，控制电路发出控制电流，使热膜温度迅速升至高温，加热1s，将黏附于热膜表面的污染物完全烧净。
【任务实施】
一、热线式空气流量计的检测实例
1．日产MAXIMA（千里马）轿车VG30E热线式空气流量计的检测
以日产MAXIMA（千里马）轿车VG30E为例，其发动机热线式空气流量计电路如图1-55所示。
图1-55 日产MAXIMA（千里马）轿车VG30E发动机热线式空气流量计的电路图
（1）单件检查
拔下空气流量计的导线插接器，拆下空气流量计；将蓄电池的电压施加于空气流量计的D和E端子之间，E接电源正极，D接电源负极。用万用表电压档测量端子B和D之间的电压应在2～4V之间；如其电压值不符合规定，则须更换空气流量计，其方法如图1-56a所示。
在完成上面检查后，接着用电吹风给空气流量计吹风（不能拆卸电源），测量B与D之间的电压应在1～1.5V之间变化。如果不正常，更换流量计，其方法如图1-56b所示。
图1-56 热线式空气流量计的检查
（2）就车检测
接通点火开关，不起动发动机，拔下插接器，测量线束一侧E与D之间的电压应为12V；若无电压，再测量E与C之间的电压，若测量读数为12V，说明D端搭铁不良，检查D与ECCS之间的导线和ECCS的搭铁线。测量B与D之间的电压应为2～4V，起动发动机后B与D之间的电压应在1～1.5V之间。
（3）检查自清洁功能
拆下空气滤清器及流量计的防尘网，起动发动机并加速到2500r/min以上，发动机停转5s后，可以看见流量计的热线自动加热烧红约1s。
2．丰田车系热线式空气流量计检测
丰田3 VZ-FE、2JZ-GE、1 MZ-FE、1 UZ-FE等发动机在1994年以后一般采用五线式空气流量计。
凯美瑞1MZ-FE空气流量计电路图如图1-57所示。各端子名称及参数如下：
+B：12V电源输入；VG：空气流量信号，怠速时为1.0～1.7V；节气门全开为4.0V。
E2G：流量计搭铁；THA：进气温度信号；E2：进气温度信号搭铁。THA与E2之间的电阻见表1-3。
图1-57 1MZ-FE发动机空气流量计电路图
表1-3 THA与E2之间的电阻值
二、热膜式空气流量计的检修实例
1．迈腾1.8TSI轿车热膜式空气流量计电路
迈腾1.8TSI轿车热膜式空气流量计电路，如图1-58所示。G70为空气流量计。1号针脚为ECU内搭铁；2号针脚为信号线；3号针脚为12V。在怠速时2号针脚电压为1.4V；急加速时电压为2.8V。
图1-58 热膜式空气流量计与ECU的接线图
1—气缸体 2—传感器磁头 3—信号转子
2．迈腾1.8TSI发动机热膜式空气流量计电阻的检测
将数字万用表旋转到电阻档，按电路图找到空气流量计图形下面的针脚号与ECU信号测试端口图相应的针脚号，分别测试空气流量计1、2号针脚对应至电控单元T94/3、T94/65号针脚的电阻、3号针脚与SC10所有电阻都应低于1.5Ω。
3．迈腾1.8TSI发动机热膜式空气流量计电压的检测
（1）电源电压检测
打开点火开关，将数字万用表设置在直流电压20V档，红色表针置于空气流量计针脚3，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，打起动机时应显示12V；红色表针置于空气流量计针脚2，黑色表针置于蓄电池负极或发动机进气歧管壳体，应显示5V。
（2）迈腾1.8TSI发动机热膜式空气流量计信号电压检测
1）单件检测。取一空气流量计总成部件，将12V变压器12V电压或蓄电池电压施加在空气流量计电器插座针脚3上，将数字万用表设置在直流电压20V档，测量空气流量计电器插座针脚1和针脚2，应有1.57V左右电压；使用吹风机从空气流量计隔栅一端向空气流量计吹入冷空气或加热的空气，测量空气流量计电器插座针脚3和针脚5，电压应瞬时上升至2.8V回落。不能满足上述条件，可以判定空气流量计有故障。
2）就车测试。起动发动机至工作温度，将数字万用表设置在直流电压20V档，测量空气流量计针脚2的信号，红色表针置于空气流量计针脚2，黑色表针置于空气流量计针脚3、电瓶负极或进气歧管壳体，怠速时应显示电压1.5V左右；急踩加速踏板时应显示2.8V变化。若不符合上述变化，或电压反而下降，则在电源电压与参考电压完好的前提下，可以断定空气流量计损坏，必须进行更换。
（3）读取空气流量计的数据
发动机怠速运转，读测量数据块显示组02，检查进气量，标准值应为2.0～4.0g/s。如果不在标准范围内或查询到空气流量计有故障，应检查空气流量计的供电电压。