一、電路接地

    在汽車電子及電器系統(tǒng)中，蓄電池負(fù)極電纜，通過(guò)金屬車身或懸架作為接地線，承擔(dān)了用電設(shè)備的電流回路作用，并且保證了用電設(shè)備電源相對(duì)于一個(gè)共同的參考點(diǎn)有正極12V電壓。豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）就包含以下三種基本接地電路，如圖1所示。E1端子是發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接地端子，通常與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣室相連；E2和E21端子是傳感器接地端子，與ECU內(nèi)部電路中的E1相連，使得傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接地電位值相同，以防止傳感器探測(cè)電壓值的誤差；E01和E02端子是執(zhí)行器接地端子，用于噴油器、怠速閥、空燃比傳感器加熱器等接地，并與E1端子一樣，連接在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣室上。如果這些接地電路中有接觸電阻時(shí)，就會(huì)在動(dòng)力提供和信息發(fā)送回路中形成電壓降，造成執(zhí)行器不能正常工作或者傳感器信號(hào)錯(cuò)誤。

    二、豐田皇冠空氣流量計(jì)工作原理

    常用空氣流量計(jì)可分為體積型空氣流量計(jì)和質(zhì)量型空氣流量計(jì)兩種類型。體積型空氣流量計(jì)有翼板式和卡爾曼渦流式，這種空氣流量計(jì)其測(cè)量結(jié)果需要發(fā)動(dòng)機(jī)ECU進(jìn)行大氣壓力和溫度的補(bǔ)償，才能得到進(jìn)氣質(zhì)量，因而影響到測(cè)量精度。所以目前大多數(shù)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)都采用質(zhì)量型的式或熱膜式空氣流量計(jì)（LH型）。

    豐田皇冠轎車采用的就是式空氣流量計(jì)，如圖2所示。式空氣流量計(jì)是利用熱耗散原理制成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)零件，使用耐久。傳感器用一根鉑絲作為電阻（以下簡(jiǎn)稱）和檢測(cè)環(huán)境溫度的熱敏電阻，安裝在進(jìn)氣道檢測(cè)區(qū)域中。通電后產(chǎn)生熱量，氣流通過(guò)時(shí)，的熱量被冷卻，控制上的電流，可以保持上的溫度恒定。這樣控制電流與進(jìn)氣量有著相應(yīng)的比例關(guān)系，即氣流可以改變空氣流量計(jì)的輸出電壓，如圖3所示。式空氣流量計(jì)內(nèi)部電路，如圖4所示，電阻Rh接入橋式電路，根據(jù)橋式電路的特性，當(dāng)對(duì)角線的電阻（Ra+R3）•R1=Rh•R2時(shí)，A點(diǎn)和B點(diǎn)電位相等。當(dāng)（Rh）被流過(guò)的空氣冷卻，的正溫度系數(shù)特性使電阻值變小，導(dǎo)致A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生電位差，運(yùn)算放大器檢測(cè)到電位差就接通功率晶體管，增加（Rh）上的電流，這樣（Rh）溫度上升，電阻值變大，直到A、B兩點(diǎn)電位恢復(fù)相等。進(jìn)氣量與B點(diǎn)輸出電壓的關(guān)系是：進(jìn)氣量變大，電阻（Rh）阻值變小，流過(guò)Rh的電流變大，B點(diǎn)輸出電壓變大。在電橋電路中用熱敏電阻Ra（環(huán)境溫度電阻）作為一個(gè)電橋臂，作用是Ra和Rh的溫度保持在比進(jìn)氣溫度更高的恒定溫度上，而且即使進(jìn)氣溫度變化，也能的測(cè)量出進(jìn)氣質(zhì)量，所以發(fā)動(dòng)機(jī)ECU就沒(méi)有必要為了進(jìn)氣溫度變化來(lái)校正噴油脈寬時(shí)間。另外在高海拔地區(qū)，空氣密度較小，與海平面處相同體積的氣流冷卻能力相比較，其冷卻能力變小，結(jié)果是的冷卻量也降低。測(cè)量到的進(jìn)氣質(zhì)量也隨之減少，因此不需要采用海拔高度補(bǔ)償。

    三、接地故障分析

    下面用一例豐田皇冠空氣流量計(jì)接地電路故障的分析來(lái)證明接地電路和空氣流量計(jì)的重要性。

    1.故障現(xiàn)象

    一輛2008年產(chǎn)豐田皇冠轎車，裝備5GR2.5LV型發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程8萬(wàn)km。車主報(bào)修車輛行駛中發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈點(diǎn)亮。

    2.故障診斷

    啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，儀表板上的發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈和車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)故障指示燈（VSC）都一直點(diǎn)亮。用IT-Ⅱ診斷儀進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，讀取故障碼（DTC）為P0172（系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)濃（1列））和P0175（系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)濃（2列））。兩個(gè)故障碼的檢測(cè)條件是發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)且空燃比反饋穩(wěn)定時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)和ECU檢測(cè)到連續(xù)兩次行駛工況周期內(nèi)，1列汽缸和2列汽缸燃油修正誤差嚴(yán)重偏濃，就會(huì)點(diǎn)亮故障指示燈，儲(chǔ)存DTC和故障定格數(shù)據(jù)。

    為了驗(yàn)證故障是否確實(shí)存在，用IT-Ⅱ診斷儀清除DTC，將發(fā)動(dòng)機(jī)ECU從正常模式切換到檢測(cè)模式（檢測(cè)模式可以方便重現(xiàn)故障），并選擇合適的道路進(jìn)行試車。首先發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)2min，然后控制車速在60~120km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1400~3200r/min，行駛3~5min，松開(kāi)加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回到怠速狀態(tài)，故障指示燈又亮了。檢測(cè)到的數(shù)據(jù)流定格數(shù)據(jù)如表1所示。

    由表1可以看出，左右兩列汽缸在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下，進(jìn)氣量偏大，ECU計(jì)算負(fù)荷增加，燃油噴射脈寬時(shí)間延長(zhǎng)，點(diǎn)火正時(shí)推遲，混合汽空燃比過(guò)濃，ECU做大幅度減油修正，數(shù)據(jù)顯示與DTC內(nèi)容一致。針對(duì)會(huì)影響1列和2列汽缸混合汽同時(shí)過(guò)濃的故障現(xiàn)象，分析可疑原因后，作如下檢查：

    1.為了判斷空燃比傳感器（A/FS）和后氧傳感器（O₂S）信號(hào)反饋的正確性，在動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升到1000r/min時(shí)，拔掉一根節(jié)氣門后方的真空管，讓發(fā)動(dòng)機(jī)多一些旁路進(jìn)氣量，結(jié)果兩列汽缸燃油長(zhǎng)短效修正值有很大下降，混合汽呈現(xiàn)向稀狀態(tài)趨勢(shì)，這說(shuō)明A/FS和后O2S反饋正常，ECU計(jì)算燃油修正值正確。

    2.水溫傳感器檢查，用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液實(shí)際溫度與IT-Ⅱ診斷儀顯示的冷卻液溫度相符合。

    3.燃油壓力檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)燃油壓力為320kPa（標(biāo)準(zhǔn)為301~347kPa），轉(zhuǎn)速升高，壓力沒(méi)有變化。

    4.空氣流量檢查，2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)正常怠速時(shí)的空氣流量大約在2.5~3.0g/s，燃油噴射脈寬時(shí)間在2.17ms，但從故障定格數(shù)據(jù)來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收到的空氣流量計(jì)信號(hào)是7.35g/s（接近2000r/min時(shí)的進(jìn)氣量），而轉(zhuǎn)速信號(hào)卻只有664r/min，以此計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，增加了基本噴油脈寬時(shí)間，導(dǎo)致了混合汽過(guò)濃，燃油修正總值超過(guò)正常zui大修正閥值，所以故障指示燈點(diǎn)亮，儲(chǔ)存系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)濃的DTC。而且從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)中還反映出，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和高速時(shí)的燃油修正值基本相同，這是空氣流量計(jì)故障的一個(gè)特點(diǎn)?？諝饬髁坑?jì)故障有兩個(gè)方面，即空氣流量計(jì)內(nèi)部電路故障和空氣流量計(jì)外部線路故障。

    根據(jù)空氣流量計(jì)工作原理和故障數(shù)據(jù)分析，對(duì)照線路圖（見(jiàn)圖5），決定先檢查空氣流量計(jì)外圍電路，讓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)ECU處的空氣流量信號(hào)輸入端子（VG）和接地端子（E2G）的電壓為1.4V（標(biāo)準(zhǔn)怠速時(shí)應(yīng)在1.18~1.25V），說(shuō)明空氣流量信號(hào)確實(shí)比標(biāo)準(zhǔn)偏大。接著斷開(kāi)電池負(fù)極，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的D5線束接插件27號(hào)（VG）端子與空氣流量計(jì)信號(hào)輸出3號(hào)端子間的電阻值小于0.5Ω，再測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的D5線束接插件26號(hào)（E2G）端子與空氣流量計(jì)信號(hào)接地2號(hào)端子間的電阻值有1.5Ω，并且拉動(dòng)此電線時(shí)，出現(xiàn)電阻值忽大忽小變化現(xiàn)象，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)電線中間用膠布裹住，剝開(kāi)膠布發(fā)現(xiàn)電線是斷裂后被重新接上的，但沒(méi)有焊接，造成接頭處有接觸電阻，電阻值隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)和溫度變化而增大，這樣等于在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU空氣流量計(jì)信號(hào)輸入接地回路中串聯(lián)了一個(gè)額外的電阻（R），使空氣流量計(jì)信號(hào)電壓變高，造成ECU認(rèn)為是進(jìn)氣量大的錯(cuò)誤信息判斷。

    3.故障排除

    故障原因找到，把斷裂的電線接頭重新焊接牢固，再查看發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)流，怠速時(shí)的MAF降為2.8m/s，計(jì)算負(fù)荷為15%，長(zhǎng)短效燃油修正恢復(fù)到±5%之內(nèi)，模擬試車，故障未再出現(xiàn)。zui后見(jiàn)到車主，經(jīng)詢問(wèn)得知，原來(lái)該車曾發(fā)生過(guò)碰撞事故，在其他修理廠修復(fù)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)線束，估計(jì)是線束處理不當(dāng)才出現(xiàn)了此問(wèn)題。

    四、總結(jié)

    現(xiàn)代車載傳感器輸出一般都用5號(hào)電壓，如果在傳感器輸出端或接地端線路中有接觸電阻，會(huì)使輸出電壓偏低或偏高。計(jì)算機(jī)接收到的信號(hào)偏移，可能會(huì)報(bào)出與傳感器無(wú)關(guān)的DTC，而且采用多路計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)后，傳感器信息共享，還會(huì)出現(xiàn)與故障無(wú)關(guān)的系統(tǒng)報(bào)警，如VSC故障指示燈點(diǎn)亮，該案例就是一個(gè)典型的傳感器接地電路故障。所以遇到此類故障修理，一定要了解DTC的產(chǎn)生條件，分析系
統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握相關(guān)傳感器工作原理，再進(jìn)行故障診斷和檢測(cè)。并且要重視對(duì)傳感器外圍線路的檢查，傳感器輸出端的電壓差應(yīng)與計(jì)算機(jī)輸入端的電壓差相同，保證線路電阻值小于0.5Ω。

    另外要說(shuō)的是，分析系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)鍵是要調(diào)出與系統(tǒng)運(yùn)行工況相關(guān)的重要數(shù)據(jù)組和標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)對(duì)比（數(shù)據(jù)可以通過(guò)新車采集），從而發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生時(shí)的數(shù)據(jù)變化，這樣有助于診斷的準(zhǔn)確性，如圖6、圖7所示。

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