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摘 要： 常用空气流量计可分为体积型空气流量计和质量型空气流量计两种类型。体积型空气流量计有翼板式和卡尔曼涡流式，这种空气流量计其测量结果需要发动机ECU进行大气压力和温度的补偿，才能得到进气质量，因而影响到测量精度。所以目前大多数电喷发动机都采用质量型的热线式或热膜式空气流量计（LH型）。
一、电路接地
在汽车电子及电器系统中，蓄电池负极电缆，通过金属车身或悬架作为接地线，承担了用电设备的电流回路作用，并且保证了用电设备电源相对于一个共同的参考点有正极12V电压。丰田汽车发动机电子控制单元（ECU）就包含以下三种基本接地电路，如图1所示。E1端子是发动机ECU接地端子，通常与发动机进气室相连；E2和E21端子是传感器接地端子，与ECU内部电路中的E1相连，使得传感器与发动机ECU接地电位值相同，以防止传感器探测电压值的误差；E01和E02端子是执行器接地端子，用于喷油器、怠速阀、空燃比传感器加热器等接地，并与E1端子一样，连接在发动机进气室上。如果这些接地电路中有接触电阻时，就会在动力提供和信息发送回路中形成电压降，造成执行器不能正常工作或者传感器信号错误。
二、丰田皇冠空气流量计工作原理
常用空气流量计可分为体积型空气流量计和质量型空气流量计两种类型。体积型空气流量计有翼板式和卡尔曼涡流式，这种空气流量计其测量结果需要发动机ECU进行大气压力和温度的补偿，才能得到进气质量，因而影响到测量精度。所以目前大多数电喷发动机都采用质量型的热线式或热膜式空气流量计（LH型）。 （图片） 丰田皇冠轿车采用的就是热线式空气流量计，如图2所示。热线式空气流量计是利用热耗散原理制成，其结构简单，没有机械转动零件，使用耐久。传感器用一根铂丝作为热线电阻（以下简称热线）和检测环境温度的热敏电阻，安装在进气道检测区域中。热线通电后产生热量，气流通过热线时，热线的热量被冷却，控制热线上的电流，可以保持热线上的温度恒定。这样控制电流与进气量有着相应的比例关系，即气流可以改变空气流量计的输出电压，如图3所示。（图片） 热线式空气流量计内部电路，如图4所示，热线电阻Rh接入桥式电路，根据桥式电路的特性，当对角线的电阻（Ra+R3）•R1=Rh•R2时，A点和B点电位相等。当热线（Rh）被流过的空气冷却，热线的正温度系数特性使电阻值变小，导致A、B两点产生电位差，运算放大器检测到电位差就接通功率晶体管，增加热线（Rh）上的电流，这样热线（Rh）温度上升，电阻值变大，直到A、B两点电位恢复相等。进气量与B点输出电压的关系是：进气量变大，热线电阻（Rh）阻值变小，流过Rh的电流变大，B点输出电压变大。在电桥电路中用热敏电阻Ra（环境温度电阻）作为一个电桥臂，作用是Ra和Rh的温度保持在比进气温度更高的恒定温度上，而且即使进气温度变化，也能精确的测量出进气质量，所以发动机ECU就没有必要为了进气温度变化来校正喷油脉宽时间。另外在高海拔地区，空气密度较小，与海平面处相同体积的气流冷却能力相比较，其冷却能力变小，结果是热线的冷却量也降低。测量到的进气质量也随之减少，因此不需要采用海拔高度补偿。（图片） 三、接地故障分析
下面用一例丰田皇冠空气流量计接地电路故障的分析来证明接地电路和空气流量计的重要性。
1.故障现象
一辆2008年产丰田皇冠轿车，装备5GR2.5LV型发动机，行驶里程8万km。车主报修车辆行驶中发动机故障指示灯点亮。
2.故障诊断
启动发动机，仪表板上的发动机故障指示灯和车辆稳定控制系统故障指示灯（VSC）都一直点亮。用IT-Ⅱ诊断仪进入发动机电控系统，读取故障码（DTC）为P0172（系统状态过浓（1列））和P0175（系统状态过浓（2列））。两个故障码的检测条件是发动机暖机且空燃比反馈稳定时，如果发动机和ECU检测到连续两次行驶工况周期内，1列汽缸和2列汽缸燃油修正误差严重偏浓，就会点亮故障指示灯，储存DTC和故障定格数据。（图片） 为了验证故障是否确实存在，用IT-Ⅱ诊断仪清除DTC，将发动机ECU从正常模式切换到检测模式（检测模式可以方便重现故障），并选择合适的道路进行试车。首先发动机怠速运转2min，然后控制车速在60~120km/h，发动机转速1400~3200r/min，行驶3~5min，松开加速踏板，发动机转速回到怠速状态，故障指示灯又亮了。检测到的数据流定格数据如表1所示。
由表1可以看出，左右两列汽缸在发动机怠速状态下，进气量偏大，ECU计算负荷增加，燃油喷射脉宽时间延长，点火正时推迟，混合汽空燃比过浓，ECU做大幅度减油修正，数据显示与DTC内容一致。针对会影响1列和2列汽缸混合汽同时过浓的故障现象，分析可疑原因后，作如下检查：
1.为了判断空燃比传感器（A/FS）和后氧传感器（O2S）信号反馈的正确性，在动机转速提升到1000r/min时，拔掉一根节气门后方的真空管，让发动机多一些旁路进气量，结果两列汽缸燃油长短效修正值有很大下降，混合汽呈现向稀状态趋势，这说明A/FS和后O2S反馈正常，ECU计算燃油修正值正确。
2.水温传感器检查，用红外线测温仪检测发动机冷却液实际温度与IT-Ⅱ诊断仪显示的冷却液温度相符合。
3.燃油压力检测，发动机怠速时燃油压力为320kPa（标准为301~347kPa），转速升高，压力没有变化。
4.空气流量检查，2.5L发动机正常怠速时的空气流量大约在2.5~3.0g/s，燃油喷射脉宽时间在2.17ms，但从故障定格数据来看，发动机ECU接收到的空气流量计信号是7.35g/s（接近2000r/min时的进气量），而转速信号却只有664r/min，以此计算出发动机负荷，增加了基本喷油脉宽时间，导致了混合汽过浓，燃油修正总值超过正常最大修正阀值，所以故障指示灯点亮，储存系统状态过浓的DTC。而且从发动机运行数中还反映出，发动机怠速和高速时的燃油修正值基本相同，这是空气流量计故障的一个特点。空气流量计故障有两个方面，即空气流量计内部电路故障和空气流量计外部线路故障。
根据空气流量计工作原理和故障数据分析，对照线路图（见图5），决定先检查空气流量计外围电路，让发动机怠速运转，测量发动机ECU处的空气流量信号输入端子（VG）和接地端子（E2G）的电压为1.4V（标准怠速时应在1.18~1.25V），说明空气流量信号确实比标准偏大。接着断开电池负极，测量发动机ECU的D5线束接插件27号（VG）端子与空气流量计信号输出3号端子间的电阻值小于0.5Ω，再测量发动机ECU的D5线束接插件26号（E2G）端子与空气流量计信号接地2号端子间的电阻值有1.5Ω，并且拉动此电线时，出现电阻值忽大忽小变化现象，仔细检查发现电线中间用胶布裹住，剥开胶布发现电线是断裂后被重新接上的，但没有焊接，造成接头处有接触电阻，电阻值随着发动机运转振动和温度变化而增大，这样等于在发动机ECU空气流量计信号输入接地回路中串联了一个额外的电阻（R），使空气流量计信号电压变高，造成ECU认为是进气量大的错误信息判断。
3.故障排除
故障原因找到，把断裂的电线接头重新焊接牢固，再查看发动机运行数据流，怠速时的MAF降为2.8m/s，计算负荷为15%，长短效燃油修正恢复到±5%之内，模拟试车，故障未再出现。最后见到车主，经询问得知，原来该车曾发生过碰撞事故，在其他修理厂修复过发动机线束，估计是线束处理不当才出现了此问题。
四、总结
现代车载传感器输出一般都用5V信号电压，如果在传感器输出端或接地端线路中有接触电阻，会使输出电压偏低或偏高。计算机接收到的信号偏移，可能会报出与传感器无关的DTC，而且采用多路计算机通信系统后，传感器信息共享，还会出现与故障无关的系统报警，如VSC故障指示灯点亮，该案例就是一个典型的传感器接地电路故障。所以遇到此类故障修理，一定要了解DTC的产生条件，分析系
统运行数据，掌握相关传感器工作原理，再进行故障诊断和检测。并且要重视对传感器外围线路的检查，传感器输出端的电压差应与计算机输入端的电压差相同，保证线路电阻值小于0.5Ω。（图片） （图片） 另外要说的是，分析系统运行数据时，关键是要调出与系统运行工况相关的重要数据组和标准参考数据对比（数据可以通过新车采集），从而发现故障产生时的数据变化，这样有助于诊断的准确性，如图6、图7所示。
8/22/2013
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