如何准确有效地检测空气流量传感器是好是坏还是信号偏差,下面以实例进行说明。一辆大众车系的轿车怠速不稳,加速不良,怀疑热膜式空气流量传感器信号有问题。可以在发动机运转的状况下拔下空气流量传感器的插头,观察发动机的变化情况,将会出现以下三种情况:
1)故障消失。说明此空气流量传感器信号有偏差,并没有损坏,电控单元一直按有偏差的错误信号进行控制喷油。由于空燃比失调,发动机燃烧不正常,将会出现发动机转速不稳或动力不良现象。当拔下空气流量传感器插头时,电控单元检测不到进气信号,便会立即进入失效保护功能,以节气门位置传感器信号替代空气流量传感器信号,使发动机继续以替代值进行工作。如果拔下空气流量传感器插头,故障消失,正好说明了拔插头前信号不正确,拔插头后信号正确,故障消失。
在插头的信号端测量动态信号电压,怠速工况下,标准电压为0.8~1.4V;加速到全负荷时,电压信号可接近4V。此车实测值,怠速时为0.3V,加速到满负荷时只有3V。由此可以确认,空气流量传感器有问题,信号电压整体偏低,故障原因有两种可能:零件质量问题,应更换;脏污问题,只要用清洗剂清洗即可恢复。
2)故障依旧。说明此空气流量传感器早已损坏或线路不良,造成电控单元根本没收到信号或收到的是超值信号,电控单元确认空气流量传感器信号不良,进入到失效保护功能,同时将故障码存入存储器,故障指示灯闪烁(指装有指示灯的发动机)。此时拔下空气流量传感器插头与不拔插头结果是一样的,故障现象不会发生变化。那么当前的故障不应是流量传感器信号不良所影响的,而是由其他原因所致。当真正的原因找到后,务必更换空气流量传感器。
3)故障现象稍有变化。说明此空气流量传感器是好的,拔下空气流量传感器插头前,电控单元根据空气流量传感器信号进行控制,喷油量准确,发动机各工况均好;当拔下空气流量传感器插头时,电控单元根据节气门位置传感器信号进行控制,喷油量有差异(可从数据流中读出这微小的变化值),发动机工况相对稍差。
技巧点拨 依据拔掉空气流量传感器插头后的不同现象,可以判断传感器或是相关连接部件及线路的相关故障,这是最快捷、简单的一种方法。
大众直喷发动机使用的是第6代热膜式空气流量传感器(HFM6),如图1-21所示。
(1)工作过程 空气流量传感器的传感元件处在发动机吸入的空气中,一部分空气流经该传感器的旁通气道,其内有传感器ECU,该ECU上集成有一个加热电阻和两个温度传感器。这两个温度传感器用来识别空气的流动方向为:吸入的空气首先经过温度传感器1,如图1-22所示;从关闭的气门处回流的空气首先经过温度传感器2,如图1-23所示;两温度传感器与加热电阻共同作用,发动机ECU即可计算出吸入空气中的氧含量。
(2)信号应用 发动机ECU用空气流量传感器信号来计算充气系数(容积效率)。根据充气系数,再考虑到 λ 值和点火时刻,ECU即可计算出发动机转矩。
(3)信号中断的影响 当空气流量传感器信号中断后,发动机ECU会计算出一个替代值。
图1-21 第6代热膜式空气流量传感器
图1-22 吸入空气的测量
(4)HFM6的检测 大众新迈腾1.8TSI发动机使用的是第6代热膜式空气流量传感器G70(HFM6),用以测量发动机的进气量。图1-24所示为传感器的插头,图1-25所示为该传感器与发动机ECUJ623的连接电路。
1)热膜式空气流量传感器各插头端子的说明:①T5h/5为空气流量传感器信号线,电压在0~5V之间变化;②T5h/4为搭铁线,在车身线束B702中;③T5h/3为电源线,打开点火开关时,由点火开关15号线J527向转向柱电子装置ECU提供电源信号,再向J519提供电源号,J519向J329提供电源使继电器吸合,并经熔丝SC22(5A)向空气流量传感器提供蓄电池电压;④T5h/2为进气温度传感器信号线,温度低时电压高,温度高时电压低,例如,在20℃时电压在0.5~3V之间;⑤T5h/1为电源信号线,由发动机ECU J623提供5V参考电压。
图1-23 回流空气的测量
图1-24 热膜式空气流量传感器插头
1—电源信号线 2—进气温度信号线 3—电源线 4—搭铁线 5—空气流量传感器信号线
2)检测电源电压。关闭点火开关,拆下空气滤清器,再打开点火开关,即置于ON位置,不起动发动机;用万用表的电压档测量空气流量传感器插头中的T5h/3端子(正信号线)与T5h/4搭铁线端子(负信号线)之间的电压值,该电压值即为蓄电池电压;然后用万用表测量插头T5h/5端子与T5h/4搭铁线端子间的电压值,该电压的标准值应为5V,如图1-26所示。
3)检测信号电压。关闭点火开关,拆下空气滤清器,再打开点火开关,即置于ON位置,不起动发动机;用万用表的电压档测量空气流量传感器插头中的T5h/1端子(正信号线)与T5h/5端子(负信号线)之间的电压值;将“+”表笔插入空气流量传感器5号端子线束中,“-”表笔插入3号端子的线束中,然后用电吹风(冷风档)向空气流量传感器入口处吹气,观察信号电压的变化情况。若信号电压不发生变化,则说明空气流量传感器失效,应予以更换。信号电压的标准值为2.0~4.0V。
4)用诊断仪检测数据流。用VAS5052诊断仪检测空气流量传感器信号,其操作步骤为:输入地址码01进入发动机测试状态,输入08读取测量数据组,输入组号02读取基本功能数据;显示区域4即为进气流量,其标准值为2.0~4.5g/s;若小于2.0g/s,则说明进气系统有泄漏;若大于4.5g/s,则说明发动机负荷太大。偏离标准值的原因可能是空气流量传感器或其线路发生故障。如果空气流量传感器有故障,则会出现故障码00553-G70—空气流量传感器线路搭铁断路或短路。
图1-25 2011款迈腾1.8TSI空气流量传感器电路
G70—空气流量传感器 G299—进气温度传感器2 J623—发动机控制单元
图1-26 检测热膜式空气流量传感器的电源电压
技巧点拨 第6代热膜式空气流量传感器(HFM6)的特点是:带有回流识别的微型传感元件;具有温度补偿的信号处理功能;测量精度高;传感器稳定性好。
大众CC、新款帕萨特1.8TSI以及2012款迈腾发动机使用的是改进型三线(取消了进气温传感器)热膜式空气流量传感器G70,以测量发动机的进气量。图1-27所示为该传感器与发动机ECU J623的连接电路。
(1)热膜式空气流量传感器各插头端子的说明
1)T5d/1为空气流量传感器信号线端子,由发动机ECU J623提供电压为5V。
2)T5d/2为空气流量传感器搭铁线端子。
图1-27 三线热膜式空气流量传感器与发动机ECU的连接电路
G70—空气流量传感器 J623—发动机控制单元
3)T5d/3电源线端子,打开点火开关时,由点火开关15号线向J519提供电源信号,J519向J329提供电源使继电器吸合,并经熔丝SC16(10A)向空气流量传感器提供蓄电池电压。
(2)检测传感器的电源电压及信号电压
1)检测电源电压。关闭点火开关,拆下空气滤清器,再打开点火开关,即置于ON位置,不起动发动机;用万用表的电压档测量空气流量传感器插头中的T5d/1端子(正信号线)与搭铁线端子之间的电压,该电压值应为5V;然后用万用表测量空气流量传感器插头T5d/3端子与搭铁(或车身)间的电压,该电压应为蓄电池电压(如无电源,则检测熔丝SC16)。
2)检测信号电压。用万用表“+”表笔插入空气流量传感器T5d/1号端子线束中,“-”表笔插入T5d/2号端子的线束中。然后用电吹风(冷风档)向空气流量传感器入口吹气,观察信号电压的变化值。若信号电压不变化,说明空气流量传感器失效,应更换。
(3)检测线束导通性(断路) 关闭点火开关,拔下空气流量传感器的插头,再拔下发动机ECU J623的线束插接器;用万用表检测空气流量传感器插头T5d/1端子与J623插接器的T94/23端子间的电阻值,标准值应小于1Ω;用万用表检测空气流量传感器插头T5d/2端子与J623插接器的T94/65端子间的电阻值,标准值应小于1Ω。
技巧点拨 改进型空气流量传感器取消了进气温度传感器,采用电源、信号、搭铁三线,其线路结构简单,功能强大。
2009款上海别克君威轿车采用的MAF传感器为热线式空气流量传感器,该传感器使用热线电阻式元件,此元件与温度补偿电阻、精密电阻、电桥电阻及环境温度传感器共同组成惠斯通电桥。热线式空气流量传感器为三导线型传感器,安装在进气管中,外形如图1-28所示,其插接器端子如图1-29所示,传感器与ECU的连接电路图如图1-30所示。
图1-28 2009款别克君威轿车热线式空气流量传感器
对热线式空气流量传感器进行检测时,应主要检测空气流量传感器的输出信号电压。首先关闭点火开关,拔下传感器插接器;然后将点火开关转至ON,但不起动发动机;用数字万用表电压档测量空气流量传感器信号端子和搭铁端子之间的电压,即A端子与B端子间的电压,该电压应为5V;当传感器输出电压正常时,可用吹风机向此传感器进气口处吹风,其信号电压应随吹风量大小的变化而变化,且应符合标准规定值范围,否则说明空气流量传感器已损坏,应当予以更换。
图1-29 传感器插接器端子
A—空气流量传感器信号端子
B—搭铁端子
C—电源电压输入端子
图1-30 2009款别克君威空气流量传感器电路
技巧点拨 热线电阻元件被加热到环境温度以上,当进入节气门体内的空气流经MAF传感器时,部分热量被带走,空气流量越大,带走的热量越多。为使MAF传感器的热线电阻元件的温度与环境温度的数值保持恒定不变,便需要额外的电阻来加热热线电阻元件。MAF传感器通过测量该电流的电压降来确定空气流量的大小。由于空气流量传感器的输出信号被转换成频率,所以PCM接收到的MAF传感器信号分辨率高,性能好。
在发动机管理系统中,进气量信号作为一级负荷信号,具有非常重要的作用。根据检测进气量的方式不同,空气流量传感器分为D型(即压力型)和L型(即流量型)两种类型,D型是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力,测量方法属间接测量;L型是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量,测量方法属直接测量。目前,应用比较广泛的测量进气量的传感器是进气歧管绝对压力传感器(MAP)和热膜式空气流量传感器(MAF),其特点见表1-5。一般来说,测量进气量只需采用一种传感器即可,但是现在很多车型的发动机上同时安装有MAP和MAF,这让很多汽车维修人员感到困惑,测量空气量为什么要同时安装两种类型的传感器呢?下面从发动机控制策略方面来加以探讨。
表1-5 热膜式空气流量传感器与进气歧管绝对压力传感器性能比较
对于采用单供油管路且非直喷技术的发动机(如科鲁兹轿车LDE发动机),可提高喷油量的控制精度。在理论上,喷油器的喷油量主要取决于喷油器喷孔的大小、燃油压力、进气歧管压力、喷油时间等4个因素(不考虑燃油密度等因素)。
目前,车辆控制喷油量都是通过控制喷油时间来实现的,对于喷油器结构一定的控制系统,喷孔的大小是固定不变的,要想使喷油量仅仅取决于喷油时间,必须要使燃油压力、进气歧管压力为定值,或使两者之间存在某一固定关系(燃油压力与进气歧管压力反映喷油器两端的压差,对喷油量影响很大)。因此,对于双供油管路(带回油管),在供油系统中装备油压调节器使燃油压力与进气歧管压力之差恒定不变(一般为300kPa)是非常重要的,只有这样才能减少变量,使喷油量仅仅取决于喷油器的通电时间(即喷油时间)。
对于单供油管路(图1-31),供油管路中不装油压调节器(有的车型维修手册中注明油压调节器在油箱内,这里指的油压调节器与双供油管路中的油压调节器作用是不一样的,因为单供油管路的油压在发动机不同工况下是恒定不变的,大约在350kPa,应称之为限压阀更为合适),燃油压力与进气歧管压力不存在固定关系,因此在喷孔大小固定不变、燃油压力恒定的情况下,要想使喷油量仅仅取决于喷油时间,还必须要考虑进气歧管压力这一变量。
图1-31 单供油管路燃油供给示意
因此,在单供油管路的车型上安装MAF的同时还装有MAP,把MAP信号送入ECU,ECU在确定喷油量时,MAP信号作为修正信号对喷油量进行修正,以便精确控制喷油量。另外,有些车型虽然是单供油管路,但只装有MAF,如卡罗拉轿车1ZR发动机,ECU可通过MAF信号转换成MAP来进行喷油量修正,但这样的控制精度低于另外再单独设置MAP的发动机。
此外,在发动机起动时,由于发动机转速低且波动较大,导致MAF的信号不准确,因此,MAP在发动机冷起动时也被用来检测负荷状态。
对于采用机外排气再循环的车辆(排气再循环分为机内循环和机外循环,机内循环是通过改变配气相位实现的),可提高排气再循环量的控制精度,如采用BOSCH MED7发动机管理系统的相关车型(高尔夫、奥迪等)和通用公司部分车型(君威、陆尊等),在这些车上,ECU通过MAF测量吸入的新鲜空气的质量,计算出相应的进气歧管压力。当排气再循环系统把排气送入进气系统时,就增加了进气的质量并且使进气歧管的压力上升,MAP测量出这一压力信号并把相应的电压信号发送给ECU。MAF反映的是新鲜空气的质量,MAP反映的是新鲜空气+再循环废气的质量。因此,当ECU获得MAF和MAP信号后,通过比较计算就可以获得进入系统的废气量,其原理如图1-32所示,从而便于发动机对充气模式和氮氧化合物的控制。
MAF和MAP信号都可以用来检测进气量,可以相互作为备用信号。同时,ECU在接收到这两个信号后,可以进行信号比对,如果ECU发现两者之间的差异过大,可以存储出错记录,车辆继续运行时,还可以再通过节气门开度和转速信号进行监测,合理地检查会判断出到底是哪个传感器有问题,直到ECU能清楚地判断哪个传感器出错时,便会记录下相应的故障码。同时安装MAF和MAP为发动机管理系统的控制和故障判别带来了设计冗余,保证了可靠性。
图1-32 BOSCH MED7发动机管理系统排气再循环率监测原理
通过上述分析可知,在发动机上同时安装MAF和MAP,对于具有单供油管路或机外排气再循环技术特征的发动机而言是非常必要的。
技巧点拨 同时安装MAF和MAP的发动机的目的是有利于精确控制喷油量、有利于精确控制排气再循环量、有利于系统控制和故障判别。