氧傳感器在電控汽車故障檢修中的應(yīng)用(1)a2

1、氧傳感器在電控汽車故障檢修中的應(yīng)用李東江 隨著汽車排放法規(guī)的逐漸嚴(yán)格和社會(huì)對(duì)汽車排除污染控制的重視，“電噴”加三元催化器的發(fā)動(dòng)機(jī)正在我國(guó)普及。 確切地說(shuō)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用了混合氣成分的閉環(huán)控制和三效催化反應(yīng)裝置的聯(lián)合使用技術(shù)，這是當(dāng)今汽油機(jī)最有效的排氣凈化方法。 而氧傳感器是實(shí)現(xiàn)這一閉環(huán)控制的必不可少的重要部什。它不但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制起著不可或缺的作用。即可以通過(guò)示波器讀取其波形分析判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的多種故障 在維修檢測(cè)方面，氧傳感器波形很像對(duì) 人體診斷的心電圖。氧傳感器的一般作用氧傳感器的一般作用 三效催化轉(zhuǎn)化器后處理能有效地全面凈化CO、HC和NOX這三種有害氣體。但其凈化效率依賴于混合氣濃度必須

2、保持在理論空燃比(14.7)附近的狹小范圍內(nèi)。一旦混合氣體濃度偏離了這個(gè)狹小的范圍，則三效催化轉(zhuǎn)化器全面凈化上述有害氣體的能力便急劇下降(見(jiàn)圖1)。由于混合空燃比的變化會(huì)引排氣中氧濃度相應(yīng)的變化，因此，在排氣管中設(shè)置了氧傳感器。氧傳感器的一般作用氧傳感器的一般作用 氧傳感器隨時(shí)檢測(cè)排氣中的氧濃度，并隨時(shí)向微機(jī)控制裝置反饋信號(hào)。微機(jī)則根據(jù)反饋來(lái)的信號(hào)及時(shí)調(diào)整噴油量(噴油脈寬)，如信號(hào)反映混合氣較濃，則減少噴油時(shí)間；反之，如信號(hào)反映較稀，則延長(zhǎng)噴油時(shí)間。從而使混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比始終保持在理論空燃比附近(見(jiàn)圖2)。這就是燃料閉環(huán)控制或稱燃料反饋控制。噴油量的閉環(huán)控制氧傳感器的一般作用

3、氧傳感器的一般作用 常用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種。以氧化鋯式為例，正常情況下當(dāng)閉環(huán)控制時(shí)(見(jiàn)圖3)，氧傳感器的電壓信號(hào)大約在0至1 V之間波動(dòng)，平均值約450 mV。當(dāng)混合氣體濃度稍濃于理論空燃比時(shí)，氧傳感器產(chǎn)生約800 mV的高電壓信號(hào)；當(dāng)混合氣濃度稍稀于理論空燃比時(shí)，氧傳感器產(chǎn)生接近100 mV的低電壓信號(hào)。因此可以說(shuō)，氧傳感器是一個(gè)隨時(shí)向微機(jī)反饋空燃比信息的“通信員”。正常的多點(diǎn)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器波形氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用 發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制時(shí)氧傳感器隨時(shí)監(jiān)測(cè)著排氣中的氧濃度，如果供入氣缸的混合氣空燃比不正常，排氣中的氧濃度亦不正常，氧傳感器信號(hào)就會(huì)有所反

4、映。 但排氣中氧濃度不僅受混合氣空燃比的影響，而且也受氣缸中燃燒狀況的影響。一旦燃燒不充分或個(gè)別缸出現(xiàn)缺火，氣缸中的部分氧“未氣缸中的部分氧“未經(jīng)消化”即排出缸外，排氣中的氧濃度即會(huì)發(fā)生變化。 因此，氧傳感器的信號(hào)又受燃燒狀況的影響。 當(dāng)然，氧傳感器損壞或微機(jī)控制裝置故障也會(huì)使氧傳感器信號(hào)異常。氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用 發(fā)動(dòng)機(jī)正常燃燒需要三方面條件： 1.1.合適的混合氣空燃比；合適的混合氣空燃比； 2.2.足夠的點(diǎn)火能量和適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火提前角；足夠的點(diǎn)火能量和適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火提前角； 3.3.正常的壓縮壓力和壓縮溫度正常的壓縮壓力和壓縮溫度。 上述條件如有一條不滿足，就有可能造

5、成燃燒不正常，進(jìn)而使排氣中的氧含量異常，氧傳感器的信號(hào)波形即出現(xiàn)異常。氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用 2.由機(jī)械原因引起的壓縮泄漏使正常的壓縮比遭到破壞：例如，氣門燒損、活塞環(huán)斷裂或磨損過(guò)度等造成的壓縮泄漏使點(diǎn)火之前的壓縮溫度、壓縮壓力不夠，造成燃燒不完全甚至缺火。這也可使部分氧“不經(jīng)消化”即排出缸外引起排氣中的氧含量升高。 3.真空泄漏造成的空燃比不正常：例如進(jìn)氣道、進(jìn)氣管上的真空軟管等處存在泄漏。如果真空泄漏使混合氣空燃比達(dá)到17以上時(shí)，就可引起因混合氣過(guò)稀而發(fā)生的缺火。如此，造成排氣氧含量增高。氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用 下列故障可導(dǎo)致燃燒不正常進(jìn)

6、而引起氧傳感器波形不正常： 1.點(diǎn)火系故障造成的燃燒不正?；蛉被穑豪?某缸火花塞損壞、某缸高壓分線損壞、或分電器、分電器轉(zhuǎn)子、點(diǎn)火線圈等損壞。這些故障可使部分氧“不不經(jīng)消化經(jīng)消化”即排出缸外從而使排氣中的氧含量升高。對(duì)此，可用示波器檢測(cè)，以排除這類故障的可能性或確認(rèn)這類故障。氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用氧傳感器對(duì)維修檢測(cè)的作用 4.各缸噴油不均衡造成的壓縮比不正常(對(duì)于多點(diǎn)噴射)：個(gè)別缸噴油器的噴油量過(guò)多或過(guò)少(噴油器卡在開的位置或堵塞)，造成混合氣過(guò)濃或過(guò)稀，當(dāng)個(gè)別缸的混合氣空燃比達(dá)到13以下或17以上時(shí)，將可能引起缺火。亦可造成排氣氧含量異常。氧傳感器故障波形及分析舉例氧傳感器故障波形及分析

7、舉例 個(gè)別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡個(gè)別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡 間歇性點(diǎn)火系缺火故障間歇性點(diǎn)火系缺火故障 氧傳感器配合噴油脈寬檢查分析氧傳感器配合噴油脈寬檢查分析 進(jìn)氣真空泄漏進(jìn)氣真空泄漏 氧傳感器良好與損壞的波形比較氧傳感器良好與損壞的波形比較個(gè)別缸噴油器堵塞個(gè)別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡的故障現(xiàn)象造成各缸噴油不均衡的故障現(xiàn)象 怠速非常不穩(wěn) 加速遲緩 動(dòng)力下降 在冷啟動(dòng)后或重新熱啟動(dòng)后的開環(huán)控制期間情況稍好，一旦反饋燃油控制系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)控制，癥狀就變得顯著。氧傳感器電壓波形 用示波器檢測(cè)氧傳感器，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)在 2 500 r/min和其他穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的氧傳感器波形，以檢查燃料反

8、饋控制系統(tǒng)。氧傳感器在所有的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷下都顯示了嚴(yán)重的雜波。氧傳感器電壓波形 個(gè)別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡時(shí)的個(gè)別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡時(shí)的 氧傳感器信號(hào)電壓波形氧傳感器信號(hào)電壓波形故障分析故障分析 嚴(yán)重的雜波表明排氣氧不均衡或存在缺火。這些雜波徹底毀壞了燃料反饋控制系統(tǒng)對(duì)混合氣的控制能力。 通常可以采用排除其他故障可能性的方法(即排除法)來(lái)判定噴油不均衡。包括用示波器檢查、判斷點(diǎn)火系統(tǒng)和氣缸壓縮壓力以排除其可能性；用人為加濃或配合其他儀器等方法排除真空泄漏的可能性?？傊?，對(duì)于多點(diǎn)噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，如果沒(méi)有點(diǎn)火不良、壓縮泄漏、真空泄漏問(wèn)題引起的缺火，則可假定是噴射不均衡引起的缺火。故

9、障分析故障分析 此例中，進(jìn)一步檢查了上述點(diǎn)火、壓縮、真空的各方面情況，結(jié)果表明可以排除這些方面問(wèn)題的可能性。因此，判斷為噴油器損壞。 還應(yīng)注意到，上述“在冷啟動(dòng)后或重新熱啟動(dòng)后的開環(huán)控制期間情況稍好”。這進(jìn)一步說(shuō)明了有個(gè)別缸噴油器存在堵塞問(wèn)題。這是因?yàn)椋诋?dāng)時(shí)情況下，噴油脈寬稍長(zhǎng)，加濃了混合氣，多少起到一些補(bǔ)償作用。 當(dāng)更換了好的噴油器后，故障現(xiàn)象消失，波形恢復(fù)正常。間歇性點(diǎn)火系缺火故障間歇性點(diǎn)火系缺火故障 圖示為發(fā)動(dòng)機(jī)在2 500 r/min時(shí)的氧傳感器波形。波形反映出點(diǎn)火系統(tǒng)存在間歇缺火故障。 波形兩邊部分顯示正常，但波形中段嚴(yán)重的雜波顯示燃燒極不正常甚至缺火。 如前述，雖然進(jìn)入氣缸的混合

10、氣空燃比沒(méi)有問(wèn)題，但由于缺火時(shí)氣缸內(nèi)的氧“未經(jīng)消化”即排出缸外，致使氧傳感器波形出現(xiàn)一系列的低壓尖峰，形成嚴(yán)重的雜波。 同時(shí)，整個(gè)波形顯示燃料反饋控制系統(tǒng)的反應(yīng)是正常的。其原因范圍可見(jiàn)“2”，并可按例1中的“排除法”檢查，但其數(shù)秒的間歇表明壓縮泄漏或真空泄漏的可能性較小?？蓪?duì)點(diǎn)火系做進(jìn)一步檢查以確定具體故障原因。氧傳感器配合噴油脈寬檢查分析氧傳感器配合噴油脈寬檢查分析 圖示為發(fā)動(dòng)機(jī)在2 500 r/min時(shí)的氧傳感器波形和噴油脈寬波形 氧傳感器波形顯示為不正常的持續(xù)濃混合氣信號(hào)(上邊波形)，而微機(jī)控制系統(tǒng)能正確地發(fā)出較短的噴油脈寬指令(下邊波形，正常應(yīng)為5 ms)試圖使混合氣變稀。兩個(gè)波形的關(guān)

11、系是正確的負(fù)反饋關(guān)系。這說(shuō)明故障不在燃料反饋控制系統(tǒng)，可能是燃油壓力過(guò)高或噴油器存在漏油等原因。 若氧傳感器波形顯示為不正常的持續(xù)稀混合氣信號(hào)(低電壓)，而微機(jī)控制系統(tǒng)能發(fā)出較長(zhǎng)的噴油脈寬指令(例如6 ms)，這兩個(gè)波形的關(guān)系也是正確的負(fù)反饋關(guān)系。這同樣說(shuō)明故障不在燃料反饋控制系統(tǒng)，可能是燃油壓力過(guò)低或噴油器存在堵塞等原因。 圖示為發(fā)動(dòng)機(jī)在2 500 r/min時(shí)的氧傳感器波形和噴油脈寬波形。（濃（濃氧傳感器信號(hào)，氧傳感器信號(hào)，長(zhǎng)噴油脈寬信長(zhǎng)噴油脈寬信號(hào)）號(hào)） 氧傳感器波形顯示為不正常的持續(xù)濃混合氣信號(hào)(上邊波形)，而微機(jī)控制系統(tǒng)正在發(fā)出的卻仍然是要加濃混合氣的較長(zhǎng)的噴油脈寬指令(下邊波形，正

12、常應(yīng)為5 ms)，即兩個(gè)波形的關(guān)系出現(xiàn)方向性錯(cuò)誤。這說(shuō)明故障存在于燃料反饋控制系統(tǒng)內(nèi)部，例如可能是微機(jī)控制系統(tǒng)接收了錯(cuò)誤的進(jìn)氣流量信號(hào)或錯(cuò)誤的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度信號(hào)等原因。進(jìn)氣真空泄漏進(jìn)氣真空泄漏 圖示為發(fā)動(dòng)機(jī)在2 500 r/min時(shí)的氧傳感器波形。故障為個(gè)別氣缸的進(jìn)氣歧管真空泄漏。 真空泄漏使混合氣過(guò)稀，每當(dāng)真空泄漏的氣缸排氣時(shí)，氧傳感器就產(chǎn)生一個(gè)低電壓尖峰。一系列的低電壓尖峰在波形中形成了嚴(yán)重的雜波。 而平均電壓高達(dá)536mV則可解釋為：當(dāng)氧傳感器向微機(jī)控制系統(tǒng)反饋低電壓信號(hào)時(shí)，燃料反饋控制系統(tǒng)使氣缸內(nèi)的混合氣立即加濃，排氣時(shí)氧傳感器對(duì)此反映為高電壓信號(hào)。這說(shuō)明燃料反饋控制系統(tǒng)的反應(yīng)是正確

13、的。氧傳感器良好與損壞的波形比較氧傳感器良好與損壞的波形比較 圖示為良好的氧傳感器波形與損壞的氧傳感器波形疊加比較。 振幅大的波形表示良好者，振幅小的表示損壞者。 損壞的氧傳感器波形表明，燃料反饋控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到了嚴(yán)重的抑制。但從其波形中的“稍濃、稍稀”振動(dòng)來(lái)分析。 燃料反饋控制系統(tǒng)一旦接收到正確的氧傳感器反饋信號(hào)是有控制空燃比能力的。 由于損壞的氧傳感器的反應(yīng)速率遲緩限制了濃稀轉(zhuǎn)換次數(shù)，使混合氣空燃比超出了三元催化器要求的范圍，故此時(shí)排放指標(biāo)惡化。圖中良好的氧傳感器波形反映的是更換了氧傳感器之后的情況。氧傳感器波形在電控汽車故障檢修中的應(yīng)用總結(jié) 上述幾例顯示了在部分發(fā)動(dòng)機(jī)故障中氧傳感器信號(hào)的反映情況，或顯示了故障維修前后的波形對(duì)比情況以及敘述了對(duì)波形的分析。 事實(shí)上，在八十年代以前國(guó)外、國(guó)內(nèi)已經(jīng)有人采用波形分析