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热膜式空气流量计的故障诊断
摘 要 本文主要介绍了热膜式空气流量计的作用、结构及工作原理，阐述了热膜式空气流量计故障的诊断与检测方法，并且列举了热膜式空气流量计故障诊断案例1例。
关键词 空气流量计，故障诊断，检测

1 热膜式空气流量计的作用
空气流量计（MAF）用以直接测量发动机运转时吸入的空气量，并转变成电信号送给发动机ECM。此信号用于计算所有与转速和负荷有关的功能。
2 热膜式空气流量计的结构
空气流量计装在空气滤清器后面，主要由防护网、采样管、热膜电阻、温度补偿电阻和控制电路组成。热膜电阻和温度补偿电阻安装在进气管道中，控制电路板安装在流量计下方。进气管连接侧的防护网用于防止回火和脏物进入空气流量计。其构造如图1所示。
图1 热膜式空气流量传感器结构图
3 热膜式空气流量计工作原理
热膜式空气流量计工作原理如2图所示。热膜电阻（发热体）RH和进气温度计（又称温度补偿电阻）RK与精密电阻RA、电桥电阻RB共同构成惠斯登电桥。集成电路A用于控制热膜电阻电流，使进气温度与热膜温度相差100℃。RH和RK均置于进气通道中的取气管内。发动机工作进气时，热膜电阻RH通电产生热量被进气空气流吸收带走，因而热膜温度下降。空气流量越大，热膜损失的热量越多，要保持进气温度（RK的温度）与热膜温度（RH的温度）相差100℃，集成电路A将根据进气温度和空气流量的大小，加大或减小通过热膜电阻RH的电流，使两者温度差保持恒定。当热膜电阻的电流通过精密电阻RA时，便在RA上产生电压降，此电压降随着热膜电阻通过的电流（亦即空气量）的变化而变化，这样就可以根据其输出电压U0，检测出空气流量。怠速工况时，空气流量较小，传感器输出电压较低，大负荷时空气流量大，输出电压较高。空气流量计向ECU提供一个0.3～4.5V的电压信号。

图2 热膜式空气流量传感器电路原理图
RK—温度补偿电阻 RH—热膜电阻 RA—精密电阻 RB—电桥电阻
4 热膜式空气流量计故障诊断及检测
4.1 进气系统外观检查及故障码读取
观察进气系统的真空软管无松动、老化、脱接，检查空气流量计插头无松脱情况下，用解码器进行读码，有故障码，则需检修空气流量计及其线路，如果没有故障码，则读取数据流进行分析。
4.2 空气流量数据流分析
怠速时正常显示数值：2.0～4.0g/s。随着节气门开度增大，进气量随着增大。有些车型当车速达到120KM/h时，进气量达60 g/s。
在节气门控制部件故障引起的紧急运行状态下，发动机以高怠速运转，此时进气量显示有4.5～5.5g/s。
如果发动机控制单元识别出空气流量计有故障，则用节气门电位计的代替值显示出来。
怠速时空气流量小于2.0g/s，主要原因有：在进气歧管和空气流量计之间有未计量空气量，或空气流量计及其线路故障。
怠速时空气流量大于4.0g/s，主要原因有：驾驶换挡选择或发动机由于辅助设备而增加负荷，或空气流量计及其线路故障。
如果在不同工况时该参数值没有变化或与标准有很大差异，说明空气流量计有故障。
当电控单元识别出故障码时，或数据流显示异常时需要对空气流量计及其线路进行检测。
4.3 空气流量计波形分析
热膜式空气流量计是一个模拟输出电压信号传感器，当空气流量增大时，输出电压也随之升高，如图3所示。检测空气流量计电压输出信号的方法如下：
（1）检查发动机真空度应在20～80kPa范围内。
（2）关闭所有附属电气设备。
（3）起动发动机，并使其怠速运转，怠速稳定后，测量空气流量计输出电压信号（如图3波形所示）。做加速和减速试验，应有类似图3中的波形出现。
（4）空气流量计输出电压从怠速时超过0.2V升至节气门全开时4V以上，当全减速时输出电压应比怠速时的电压稍低些。如有差异，则空气流量计有故障。
图3 热膜式空气流量计波形图
4.4 空气流量计电阻及电压测试
空气流量计电路如图4所示。
（1）电源电压测试：打开点火开关，将数字万用表调至直流20V档，红色表针置于空气流量计针脚2，黑色表针置于发动机进气歧管壳体，起动发动机时应显示12V；红色针表置于空气流量计针脚4，黑色表针置于发动机进气歧管壳体，应显示5V。
在实际检测中，拔下传感器插头，打开点火开关，测量2号端子与接地间电压，起动发动机时应显示12V。
图4 空气流量计电路图
针脚1-空 针脚2-12V供电 针脚3-ECU内部搭铁 针脚4-5V参考文献
针脚5-信号电压 在怠速时5脚电压为1.4V；急加速时为2.8V。
（2）线束导通性测试：将数字万用表设置在电阻200Ω档，找到空气流量计下面的针脚号与ECU信号测试端口针脚号，分别测试空气流量计3、4、5号针脚对应电控单元12、11、13号针脚的电阻，所有电阻都应低于1Ω。
（3）线束短路性测试：将数字万用表分别测量各线束间的电阻，相连导线电阻应当小于1Ω，不相连导线电阻应∞为正常。
（4）信号电压测试：分单件测试和就车测试两部分，单件测试：取一个空气流量计组成部件，将12V点压或蓄电池电压施加在空气流量计电器插座针脚2上，将5V电压施加在空气流量计电器插座针脚4上，将数字万用表调至直流20V档，测量空气流量计插座针脚3和针脚5，应有1.5V左右电压，用吹风机从空气流量计隔栅端向空气流量计吹入冷空气或热的空气，测量空气流量计插座针脚3和针脚5，电压应瞬间上升至2.8V回落。不能满足上述条件，可以判定空气流量计有故障。
就车测试：起动发动机至工作温度，将数字万用表调至直流20V档，测量空气流量计针脚5的放开信号，红表针置于空气流量计针脚5，在黑表针置于空气流量计针脚3，怠速时应显示电压1.5V左右；急加速应显示2.8V变化。若不符上述要求，在电源电压与参考电压完好的前提下，可以确定空气流量计已损坏，需要更换。
5 故障案例
故障现象：一辆帕萨特B5 GSI轿车，行驶中缓慢加速时发动机工作正常，但急加速时发动机加不上油，还伴有“回火”现象。
使车辆在原地慢慢加热，发动机转速上升到4200r/min,然后回到3500r/min，继续加油，转述回升到4200r/min，然后又跌落到3500r/min，如此反复，即发动机3500～4200r/min之间“游车”。急加油发动机反应迟缓，转速上升至4500r/min后就加不上油了，还伴有“回火”现象，感觉好像油泵供油不足或是进气系统漏气。
故障诊断：接上燃油压力表，测量燃油系统压力正常，说明油泵工作正常。怀疑燃油滤清器堵塞，但更换新的燃油滤清器后工作现象依旧。检查进气系统管道，没有漏气现象。
连接X431解码器读取故障码，显示发动机有5个故障码，即：“00561-混合气调整值超过调整极限”、“01249-1缸喷油器 N30断路或短路”、“01250-2缸喷油器 N31断路或短路”、“01251-3缸喷油器 N32断路或短路”、“01252-4缸喷油器 N33断路或短路”，均为偶发性故障。
用仪器清除故障码后再次起动发动机检测，“00561”号故障码仍然存在。查阅资料，引起该故障的可能原因有：
（1）燃油压力过低；
（2）喷油器堵塞或失效；
（3）空气流量计G70有故障；
（4）活性碳罐电磁阀N80卡死；
（5）至三元催化转化器的排气管路堵塞。
进入发动机数据块002组，观察各传感器的数据显示（显示内容包括发动机转速、发动机负荷、喷油脉宽、空气质量流量），主要观察喷油脉宽和空气质量流量数据。经观察，怠速时的数据正常（喷油脉宽为2.00～5.00ms,空气质量流量为2.0～4.0g/s)，加速一段时间后再回到怠速转速，发现空气流量计的数据有时超过范围。
清洗喷油器和节气门。检查火花塞和高压线，都正常；检查活性碳罐电磁阀N80及排气管道，也正常。看来故障是由空气流量计G70引起的。检测电源电压，及线束导通性测试均正常。更换空气流量计，匹配节气门控制单元，故障彻底排除。
总结
空气流量计是发动机重要传感器之一，它的数值牵涉到很多其它传感器数值，一旦空气流量计产生故障，有多个参数随之变化，因此在判断空气流量计故障时，就要参考多个参数，使用多种检测方法综合判断，才能准确确定空气流量计的故障。并且在日常维修保养工作中，应重视空气滤清器的保养，应定期清洁或更换空气滤清器，保持新的空气流进MAF。

参考文献
[1]冯渊.汽车电子控制技术[M].北京：机械工业出版社，2011
[2]郭彬.汽车传感器与检测技术[M].北京大学出版社，2010
[3]陈家瑞.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2006
[4]贺建波、贺展开.汽车传感器的检测[M].机械工业出版社，2005