浅析空气流量传感器工作性能的判别及检修要领

2015-09-03赵宝平宗华

汽车与驾驶维修(维修版) 2015年10期

文：赵宝平、宗华

文：赵宝平、宗华

众所周知，汽车电控系统上的所有传感器是用于采集车辆在运行状态时的信息的。而空气流量传感器只是发动机电控系统主要传感器之一，用于采集发动机在工作状态下所吸入到发动机内的空气流量或质量。该传感器属有源传感器，其空气流量信号是发动机电子控制单元（ECU）控制发动机混合气浓度的主信号之一，如果进气量增大，ECU则控制喷油量也增大，反之亦然。本文将就空气流量传感器工作性能的判别及检修要领进行探讨。

1.空气流量传感器工作性能的判别

空气流量传感器故障通常分为两大类。

一类是信号超出规定的范围，表示空气流量传感器已经失效。现代电控汽车具有失效保护功能，当某个传感器的信号失效时，电子控制单元（ECU）会以一个固定的数值来代替，或者用其他传感器的信号来代替有故障的传感器信号。空气流量传感器失效后，ECU用节气门位置传感器（TPS）的信号代替之。

另一类是信号不准确（即性能漂移）。空气流量传感器信号不准确产生的危害性可能比没有信号更大。这是因为，既然信号没有超出规定的范围，发动机控制单元（ECU）会按照这一不准确的空气流量信号控制喷油量，所以往往造成混合气过稀或者过浓。如若ECU没有接收到空气流量传感器信号，ECU会利用节气门位置传感器的信号代替，发动机的怠速反而比较稳定。

利用这一特性，可以通过拔下空气流量传感器插接器来判别其性能。

如果拔下空气流量传感器插接器后，发动机故障现象没有发生变化，说明空气流量传感器已经损坏。这是因为ECU确认空气流量传感器失效后，已经采用节气门位置传感器信号代替之，此时有没有空气流量传感器的结果是一样的，所以故障现象没有变化。

如果拔下空气流量传感器插接器后，发动机故障现象有所减轻，说明空气流量传感器的性能发生漂移，信号偏值。由于空气流量传感器信号处在有效范围之内，ECU则按照失真的信号控制喷油量，引起明显的故障现象。拔下空气流量传感器的插接器后，ECU认为空气流量传感器完全失效，就改用节气门位置传感器的信号来代替，所以发动机的工作状况有所好转。

如果拔下空气流量传感器后，发动机故障现象有所恶化，说明空气流量传感器正常。这是因为在拔下插接器前，ECU按照正常的空气流量传感器信号控制喷油量。拔下插接器后，ECU改用节气门位置传感器信号控制喷油，由于后者的控制精度不如前者高，所以故障现象有所恶化。

另外，由于空气流量传感器信号是用以控制空燃比的主要依据，所以可以使用红外线尾气分析仪来测量发动机怠速工况以及2 000 r/min稳定工况时的尾气成分，如果与标准数值相差太大，则可能是空气流量传感器性能不良引起的故障。

2. 空气流量传感器失常对汽车性能的影响

虽然空气流量传感器失常不至于造成发动机无法起动，但是肯定会影响发动机的动力性能，如怠速不稳、加速不良、起动困难、进气管“回火”以及排气管冒黑烟等。同时，还会引起尾气排放超标。下面来看几个案例。

（1）引起发动机加速不良

一辆帕萨特GLi轿车，行驶里程约4.5万km，将发动机加速到4 200 r/min，再踩加速踏板，发动机的转速不但不能上升反而下降。用VAG1551故障诊断仪检测，无故障代码存储。读取发动机4 200 r/min时的数据流，发现空气流量数据流数值只能达到1.1～1.3 g/s，而且不能随着节气门的开闭而变化。更换空气流量传感器后，故障被排除。究其原因，空气流量传感器的输出信号偏差不足以让ECU纪录故障代码，但是由于空气流量传感器信号不能准确反映实际的进气量，导致ECU据此控制的喷油量偏少，所以发动机的转速不升反降。

（2）导致进气管“回火”

一辆捷达王轿车，出现发动机怠速抖动，急加速时进气管“回火”的故障现象。检查进气系统，没有发现漏气；更换燃油滤清器，清洗4个喷油器，故障依旧；检查燃油系统压力，发动机怠速和加速状态时都正常。拆下空气流量传感器的5针插接器试车，故障现象大有好转。测量空气流量传感器各端子的电阻值，正常。最后发现，空气流量传感器的热膜式电阻上粘有灰尘，用节气门清洗剂清除积尘后，故障被排除。

注：对于采用热膜式空气流量传感器的电控发动机，它以恒定的电压加在热膜（电阻）的两端，使电阻发热，其温度由电路控制。ECU根据流过热膜电阻的电流大小来判断进气量的多少，并决定喷油量，以适应发动机不同工况的需要。如果热膜上积尘，形成隔热层，当进气量变大时，其温度变化减慢，所需电流变小，ECU据此确定的喷油量也会减少，而此时的实际进气量比较大，于是导致混合气过稀，最终引起发动机怠速抖动，急加速时“回火”等故障现象。

（3）自动变速器无法升入超速挡

如果空气流量传感器对地搭铁，将造成混合汽过稀，使发动机的输出功率下降，会导致自动变速器无法升入超速挡。此时应当更换空气流量传感器。

3. 大众车系空气流量传感器故障码的特点

大众车系采用的热膜式空气流量传感器（G70）失效后， ECU不直接给出空气流量传感器的故障代码，而是通过其他故障代码表现出来，通常故障代码是“00561"（混合气调整值超过调整极限）或者“17916"（达到怠速调整系统理论上限值）。

发动机其他部件失常也可能记录空气流量传感器的故障码。在维修实践中，常见以下几种情况记录空气流量传感器的故障代码。

（1）节气门脏污

节气门脏污时，可能记录空气流量传感器的故障代码。

案例：一辆宝来1.8T轿车，在正常行驶中，有时仪表板上的ASR（驱动防滑控制）指示灯突然点亮，按压ASR灯开关无效，只有关闭点火开关，重新起动发动机，ASR灯才会熄灭。连接故障诊断仪VAS5051进行检测，读出“发动机系统中显示的空气流量传感器G70信号值过小”的故障信息。检测G70各端子之间的电阻，均未超过1.5 Ω。观察G70的波形，正常。更换G70，无效。该车采用CANBUS多路信息传输系统， ABS/ASR控制单元与发动机控制单元通过CAN一BUS总线进行通信联络。

一方面，当节气门体脏污后，节气门的开度值增大，而实际进气量并没有增加，导致G70的信号与节气门的开度不匹配，因而记录“发动机系统中显示的空气流量传感器G70信号值过小”的故障信息。

另一方面，ASR系统实行驱动防滑控制是通过降低发动机的转速以调节发动机的输出转矩来实现的，因此故障现象虽然表现在制动系统，但是故障根源却在发动机。当节气门开度信号和空气流量传感器信号出现偏差时（节气门的开度大，而G70测出的实际进气量偏小），ABS/ASR控制单元认为发动机减少了功率输出，正在进行驱动防滑控制，于是点亮ASR指示灯。

（2）节气门位置传感器性能失常

节气门位置传感器性能失常时，可能记录空气流量传感器的故障代码。

案例：一辆捷达轿车，用故障诊断仪检测，读出空气流量传感器信号不合理的故障代码，更换空气流量传感器，却无效。所谓“不合理”，是与相关传感器的信号进行比较而言的。事实上，ECU是根据发动机转速、节气门位置信号与空气流量信号的比较来确定发动机负荷的。进一步检查节气门位置传感器，发现其最大学习值和最小学习值与规定值不相符，并且无法进行基本设定。更换节气门阀体总成（含节气门位置传感器）并进行基本设定后，故障被排除。

（3）氧传感器损坏

氧传感器损坏时，可能记录空气流量传感器的故障代码。其原理是:由于“缺缸”等原因引起燃油燃烧不完全，超出λ的调节范围，造成氧传感器的信号失准，于是发动机ECU在混合气过稀与过浓之间持续地来回调节。ECU接收到的空气流量信号与氧传感器信号相互矛盾。但是从实际效果上看，氧传感器损坏无法调整λ与空气流量传感器信号严重漂移是一样的，ECU按照优先原则，便记忆空气流量传感器的故障代码。

4. 空气流量传感器数据流分析

（1）空气流量传感器信号单位的识别

空气流量传感器信号参数的单位和变化范围取决于空气流量传感器的类型及车型。通常翼板式、热线式和热膜式空气流量传感器的参数单位是“V、mV”，范围为 0～5 V。该参数的大小一般与进气量成反比，即进气量增加时，输出电压数值下降，"5 V”表示进气量最小，“0 V”表示进气量最大。而卡门涡流式空气流量传感器（以前三菱车系使用较多，如东南得利卡、富利卡等车型）的信号参数的单位表达形式是“Hz”或“ms”，其变化范围为0～1 600 Hz或0～625 ms。发动机怠速时的数值为25～50 Hz，2 000 r/min时的数值为70～100 Hz。如果在不同工况下的数值与标准值相差很大或者没有变化，说明空气流量传感器有故障。

对于韩系（现代）车型及日系（丰田）车型空气流量传感器的信号通常以“V或mV”方式表示，而大众车系（桑塔纳、帕萨特、奥迪等）空气流量传感器信号则以“g/s”的方式来表示。

韩国现代车系在发动机标准怠速状态下，空气流量传感器信号电压应在263～273 mV，且信号电压应该能够随着发动机转速的升高而升高；而日系（丰田卡罗拉）车型，发动机在标准怠速状态下，空气流量传感器信号电压应在0.3～1.2 V之间；大众车系（桑塔纳2000GSi等）车型，发动机在标准怠速状态下，空气流量传感器信号应在2.4～2.6 g/s，其信号应该能随发动机转速的升高而升高。另外，桑塔纳2000GSi车型，当拔下空气流量传感器插接器后，在发动机怠速状态下空气流量传感器的数据流数值会出现一个固定的值：28.78 g/s。

案例：一辆2002年产HFC6470A江淮瑞风商务车，搭载韩国现代G4JS 2.4L DOHC多点喷射电控汽油发动机和5挡手动变速器；该车发动机出现加速不畅、怠速不稳，且仪表板上的发动机故障报警灯常亮。

用ADC2000故障诊断仪对发动机电控系统进行检测，故障诊断仪显示P0100—空气流量传感器故障。拔下空气流量传感器插接器，将点火开关置于ON挡位置，检查空气流量传感器插接器电源端子、搭铁端子和信号端子上的电压，结果都正常。读取发动机怠速时空气流量传感器的电压为0 V，正常情况下，发动机怠速时应在263～273 mV，怀疑空气流量传感器已经损坏。于是，准备拆下空气流量传感器作进一步的检查。拆下空气流量传感器后发现一个纸质空气滤清器的合格证刚好堵住了空气流量传感器的进气口。去除堵住空气流量传感器进气口的纸质合格证，将空气流量传感器复位，重新起动发动机，发动机怠速平稳、加速顺畅，发动机故障灯也不再常亮，至此故障排除。

（2）空气流量传感器数据流分析在维修中的应用

通过分析空气流量传感器的数据流，可以判断发动机进气系统是否存在漏气现象。在正常情况下，大众车型在发动机标准怠速时空气流量传感器信号数据应为：2.5 g/s左右。若小于2.0 g/s，说明进气系统存在漏气；若大于4.0 g/s，说明发动机存在额外负荷。

案例：一辆奥迪A6 1.8T轿车，装备手动变速器，发动机怠速运转时，每隔2～3 min就抖动一次，但是发动机起动及加速都正常。连接故障诊断仪VAS5052，进入01—08—02，读取发动机数据流，第4区显示的空气流量数据在0.3～3.5 g/s做周期性的频繁跳动。经检查发现，空气滤清器壳体与进气软管连接处下部的卡箍没有安装好，造成漏气。对漏气处进行处理后，故障排除。

在检测过程中，维修人员会发现，断开空气流量传感器的插接器后，数据流里依然可以看到空气流量传感器的数据，而且处在正常的范围内，急加速时反应也灵敏。它实际上是控制系统的故障运行模式，是发动机ECU根据转速和负荷等信号给出的空气流量备用数据。

5. 空气流量传感器插接器供电线路检测实例

下面以3款不同车系的车辆为例介绍空气流量传感器插接器供电线路的检测方法。

（1）江淮瑞风商务车

江淮瑞风商务车G4JS 2.4L DOHC 16气门电控汽油发动机空气流量传感器接线图如图1所示。注：该款发动机空气流量传感器带有进气温度传感器。空气流量传感器安装位置及插接器导线颜色如图2所示，其中1号端子（粉红色）为空气流量传感器信号线、2号端子（红/黑色）为进气温度传感器5 V参考电源、3号端子（紫色）为传感器搭铁线、4号端子（灰色）为空气流量传感器12 V（ON挡）供电电源（至发动机控制继电器）、5号端子（绿色）为空气流量传感器搭铁线；插接器供电线路检测方法如图3～图6所示。

（2）丰田卡罗拉

丰田卡罗拉1ZR 1.6L电控汽油发动机空气流量传感器带有进气温度传感器，其传感器安装位置及插接器导线颜色如图7所示，空气流量传感器接线图如图8所示。其中1号端子（蓝色线）为进气温度传感器5 V参考电源，2号端子（白色线）为进气温度传感器搭铁线，3号端子（黑色线）为空气流量传感器12 V供电电源（至发动机主继电器），4号端子（黄色线）为空气流量传感器搭铁线，5号端子（紫色线）为空气流量传感器信号线。传感器供电线路检测方法如图9、图10所示。

（3）桑塔纳2000GSi

桑塔纳2000GSi电控汽油发动机空气流量传感器不带有进气温度传感器，其接线图如图11所示。空气流量传感器电压值的检测如下：点火开关置于ON档位置，空气流量计插接器的3号脚与ECU的12号脚信号线相通，呈搭铁状态（经ECU内部搭铁）；4号脚与ECU的11号脚相通，其参考电源电压为4.98 V；5号脚与ECU的13号脚相通，为信号线；2号脚供12 V电压（电源来自燃油泵继电器）。

注：燃油泵继电器须在发动机运转状态下才能工作（即ECU必须采集到发动机转速传感器G28的转速信号，才会接通燃油泵继电器线圈控制信号），即给燃油泵、喷油器、活性炭罐电磁阀、氧传感器加热线圈和空气流量计提供电源（12 V）。

待发动机起动后，可测得空气流量计2脚处13.5～14.5 V的电压。

另外，在发动机怠速状态下，还可以通过诊断仪读取空气流量计动态数据流数值来判断其工作的好坏。维修手册所提供的参数：怠速状态下标准数值为2.0～4.0 g/s，而在热车状态下（冷却液温度达到85～90℃左右时），实际测量数值应在2.5～2.6 g/s范围内。在发动机起动状态下，2号脚和3号脚之间也可测得电压13.5～14.5 V ，4号脚可测得电压5.0 V ，5号脚可测得电压1.3～1.4 V。

6. 空气流量传感器的检修要领

（1）热线和热膜脏污后的清洗

如果发动机存在“回火”故障，往往对空气流量传感器造成严重危害。由于发动机的气流在进气歧管内逆向流动（即“回火”），其中含有炭颗粒，这些炭颗粒容易粘附在空气流量传感器的感应元件上，并产生如下后果：在怠速时，空气流量传感器的信号偏大，而在加速及大负荷时信号反而偏小。

热线是否具有自洁能力的检查方法是：拆下空气滤清器，从空气流量传感器的进气口处查看热线，若发动机熄火5 s后看不到热线发出微红的辉光约1 s，说明热线的自洁能力已经丧失。

热线（热膜）污染后，可以在热机、怠速状态下，拆下空气滤清器的滤网，使用节气门清洗剂直接喷洒在热线或热膜上，以清除粘附在其上的积炭。

（2）热膜式空气流量传感器损坏后的处理

目前很多车型采用BOSCH公司生产的热膜式空气流量传感器，其核心部分由一块集成电路（数/模转换电路）和惠斯登电桥所组成，没有设置稳压电路。因此，当电源电压过高或者出现瞬间高电压时，这种热膜式空气流量传感器容易烧坏。而电路峰值电压过高（超过16 V的原因），往往是蓄电池硫化严重，使其容量下降，无法吸收发电机的峰值电压，所以蓄电池硫化是导致热膜式空气流量传感器损坏的原因之一。解决办法是：在热膜式空气流量传感器的前端加装一个7812三端子稳压集成电路。