氧傳感器在電控汽車故障檢修中的應(yīng)用a

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隨著汽車排放法規(guī)的逐漸嚴(yán)格和社會對汽車排除污染控制的重視，“電噴”加三元催化器的發(fā)動機正在我國普及。確切地說，這種發(fā)動機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)今汽油機最有效的排氣凈化方法。而氧傳感器是實現(xiàn)這一閉環(huán)控制的必不可少的重要部什。它不但對發(fā)動機排放控制起著不可或缺的作用。即可以通過示波器讀取其波形分析判斷發(fā)動機的多種故障在維修檢測方面，氧傳感器波形很像對人體診斷的心電圖。第2頁/共30頁第二頁，共31頁。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(見圖1)。由于混合空燃比的變化會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。第3頁/共30頁第三頁，共31頁。氧傳感器的一般作用氧傳感器隨時檢測排氣中的氧濃度，并隨時向微機控制裝置反饋信號。微機則根據(jù)反饋來的信號及時調(diào)整噴油量(噴油脈寬)，如信號反映混合氣較濃，則減少噴油時間；反之，如信號反映較稀，則延長噴油時間。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)控制第4頁/共30頁第四頁，共31頁。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(見圖3)，氧傳感器的電壓信號大約在0至1V之間波動，平均值約450mV。當(dāng)混合氣體濃度稍濃于理論空燃比時，氧傳感器產(chǎn)生約800mV的高電壓信號；當(dāng)混合氣濃度稍稀于理論空燃比時，氧傳感器產(chǎn)生接近100mV的低電壓信號。因此可以說，氧傳感器是一個隨時向微機反饋空燃比信息的“通信員”。正常的多點噴射發(fā)動機氧傳感器波形第5頁/共30頁第五頁，共31頁。氧傳感器對維修檢測的作用發(fā)動機閉環(huán)控制時氧傳感器隨時監(jiān)測著排氣中的氧濃度，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，氧傳感器信號就會有所反映。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發(fā)生變化。因此，氧傳感器的信號又受燃燒狀況的影響。當(dāng)然，氧傳感器損壞或微機控制裝置故障也會使氧傳感器信號異常。第6頁/共30頁第六頁，共31頁。氧傳感器對維修檢測的作用發(fā)動機正常燃燒需要三方面條件：

1.合適的混合氣空燃比；

2.足夠的點火能量和適當(dāng)?shù)狞c火提前角；

3.正常的壓縮壓力和壓縮溫度。上述條件如有一條不滿足，就有可能造成燃燒不正常，進而使排氣中的氧含量異常，氧傳感器的信號波形即出現(xiàn)異常。第7頁/共30頁第七頁，共31頁。氧傳感器對維修檢測的作用2.由機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)斷裂或磨損過度等造成的壓縮泄漏使點火之前的壓縮溫度、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：例如進氣道、進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，就可引起因混合氣過稀而發(fā)生的缺火。如此，造成排氣氧含量增高。第8頁/共30頁第八頁，共31頁。氧傳感器對維修檢測的作用下列故障可導(dǎo)致燃燒不正常進而引起氧傳感器波形不正常：

1.點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、點火線圈等損壞。這些故障可使部分氧“不經(jīng)消化”即排出缸外從而使排氣中的氧含量升高。對此，可用示波器檢測，以排除這類故障的可能性或確認(rèn)這類故障。第9頁/共30頁第九頁，共31頁。氧傳感器對維修檢測的作用4.各缸噴油不均衡造成的壓縮比不正常(對于多點噴射)：個別缸噴油器的噴油量過多或過少(噴油器卡在開的位置或堵塞)，造成混合氣過濃或過稀，當(dāng)個別缸的混合氣空燃比達(dá)到13以下或17以上時，將可能引起缺火。亦可造成排氣氧含量異常。第10頁/共30頁第十頁，共31頁。氧傳感器故障波形及分析舉例個別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡間歇性點火系缺火故障氧傳感器配合噴油脈寬檢查分析進氣真空泄漏氧傳感器良好與損壞的波形比較第11頁/共30頁第十一頁，共31頁。個別缸噴油器堵塞

造成各缸噴油不均衡的故障現(xiàn)象

怠速非常不穩(wěn)加速遲緩動力下降在冷啟動后或重新熱啟動后的開環(huán)控制期間情況稍好，一旦反饋燃油控制系統(tǒng)進入閉環(huán)控制，癥狀就變得顯著。第12頁/共30頁第十二頁，共31頁?！鮽鞲衅麟妷翰ㄐ斡檬静ㄆ鳈z測氧傳感器，檢測發(fā)動機在2500r/min和其他穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的氧傳感器波形，以檢查燃料反饋控制系統(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。第13頁/共30頁第十三頁，共31頁?！鮽鞲衅麟妷翰ㄐ蝹€別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均衡時的氧傳感器信號電壓波形第14頁/共30頁第十四頁，共31頁?！收戏治?/p>

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)來判定噴油不均衡。包括用示波器檢查、判斷點火系統(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?，對于多點噴射式發(fā)動機，如果沒有點火不良、壓縮泄漏、真空泄漏問題引起的缺火，則可假定是噴射不均衡引起的缺火。第15頁/共30頁第十五頁，共31頁?！收戏治?/p>

此例中，進一步檢查了上述點火、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“在冷啟動后或重新熱啟動后的開環(huán)控制期間情況稍好”。這進一步說明了有個別缸噴油器存在堵塞問題。這是因為，在當(dāng)時情況下，噴油脈寬稍長，加濃了混合氣，多少起到一些補償作用。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。第16頁/共30頁第十六頁，共31頁。間歇性點火系缺火故障圖示為發(fā)動機在2500r/min時的氧傳感器波形。波形反映出點火系統(tǒng)存在間歇缺火故障。第17頁/共30頁第十七頁，共31頁。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，雖然進入氣缸的混合氣空燃比沒有問題，但由于缺火時氣缸內(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，整個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“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c火系做進一步檢查以確定具體故障原因。第18頁/共30頁第十八頁，共31頁。氧傳感器配合噴油脈寬檢查分析圖示為發(fā)動機在2500r/min時的氧傳感器波形和噴油脈寬波形第19頁/共30頁第十九頁，共31頁。氧傳感器波形顯示為不正常的持續(xù)濃混合氣信號(上邊波形)，而微機控制系統(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5ms)試圖使混合氣變稀。兩個波形的關(guān)系是正確的負(fù)反饋關(guān)系。這說明故障不在燃料反饋控制系統(tǒng)，可能是燃油壓力過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(低電壓)，而微機控制系統(tǒng)能發(fā)出較長的噴油脈寬指令(例如6ms)，這兩個波形的關(guān)系也是正確的負(fù)反饋關(guān)系。這同樣說明故障不在燃料反饋控制系統(tǒng)，可能是燃油壓力過低或噴油器存在堵塞等原因。第20頁/共30頁第二十頁，共31頁。圖示為發(fā)動機在2500r/min時的氧傳感器波形和噴油脈寬波形。（濃氧傳感器信號，長噴油脈寬信號）第21頁/共30頁第二十一頁，共31頁。氧傳感器波形顯示為不正常的持續(xù)濃混合氣信號(上邊波形)，而微機控制系統(tǒng)正在發(fā)出的卻仍然是要加濃混合氣的較長的噴油脈寬指令(下邊波形，正常應(yīng)為5ms)，即兩個波形的關(guān)系出現(xiàn)方向性錯誤。這說明故障存在于燃料反饋控制系統(tǒng)內(nèi)部，例如可能是微機控制系統(tǒng)接收了錯誤的進氣流量信號或錯誤的發(fā)動機冷卻液溫度信號等原因。第22頁/共30頁第二十二頁，共31頁。進氣真空泄漏圖示為發(fā)動機在2500r/min時的氧傳感器波形。故障為個別氣缸的進氣歧管真空泄漏。第23頁/共30頁第二十三頁，共31頁。真空泄漏使混合氣過稀，每當(dāng)真空泄漏的氣缸排氣時，氧傳感器就產(chǎn)生一個低電壓尖峰。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)氧傳感器向微機控制系統(tǒng)反饋低電壓信號時，燃料反饋控制系統(tǒng)使氣缸內(nèi)的混合氣立即加濃，排氣時氧傳感器對此反映為高電壓信號。這說明燃料反饋控制系統(tǒng)的反應(yīng)是正確的。第24頁/共30頁第二十四頁，共31頁。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。第25頁/共30頁第二十五頁，共31頁。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)的正常運行受到了嚴(yán)重的抑制。但從其波形中的“稍濃、稍稀”振動來分析。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。第26頁/共30頁第二十六頁，共31頁。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)動機故障中氧傳感器信號的反映情況，或顯示了故障維修前后的波形對比情況以及敘述了對波形的分析。事實上，在八十年代以前國外、國內(nèi)已經(jīng)有人采用波形分析方法檢測發(fā)動機故障。但那時主要檢測的是點火系，以及用檢測點火系波形的方法確認(rèn)發(fā)動機是否修好。第27頁/共30頁第二十七頁，共31頁。隨著汽車排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格和汽車控制技術(shù)、汽車維修檢測技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展，使得汽車上增加了許多“讓人摸得著脈搏”的地方(例如傳感器)以及“摸脈搏”的儀器。因此，采用波形分析方法檢測發(fā)動機故障有了更大的必要性和可能性。其中，由于氧傳感器本身所具有的特殊作用，故對氧傳感器的波形檢測和分析于汽車維修有著更重要的意義。第28頁/共30頁第二十八頁，共31頁。

謝謝

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