氧传感器在电控汽车故障检修中的应用a

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随着汽车排放法规的逐渐严格和社会对汽车排除污染控制的重视，“电喷”加三元催化器的发动机正在我国普及。确切地说，这种发动机采用了混合气成分的闭环控制和三效催化反应装置的联合使用技术，这是当今汽油机最有效的排气净化方法。而氧传感器是实现这一闭环控制的必不可少的重要部什。它不但对发动机排放控制起着不可或缺的作用。即可以通过示波器读取其波形分析判断发动机的多种故障在维修检测方面，氧传感器波形很像对人体诊断的心电图。第2页/共30页第二页，共31页。氧传感器的一般作用三效催化转化器后处理能有效地全面净化CO、HC和NOX这三种有害气体。但其净化效率依赖于混合气浓度必须保持在理论空燃比(14.7)附近的狭小范围内。一旦混合气体浓度偏离了这个狭小的范围，则三效催化转化器全面净化上述有害气体的能力便急剧下降(见图1)。由于混合空燃比的变化会引排气中氧浓度相应的变化，因此，在排气管中设置了氧传感器。第3页/共30页第三页，共31页。氧传感器的一般作用氧传感器随时检测排气中的氧浓度，并随时向微机控制装置反馈信号。微机则根据反馈来的信号及时调整喷油量(喷油脉宽)，如信号反映混合气较浓，则减少喷油时间；反之，如信号反映较稀，则延长喷油时间。从而使混合气的空燃比始终保持在理论空燃比始终保持在理论空燃比附近(见图2)。这就是燃料闭环控制或称燃料反馈控制。喷油量的闭环控制第4页/共30页第四页，共31页。氧传感器的一般作用常用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种。以氧化锆式为例，正常情况下当闭环控制时(见图3)，氧传感器的电压信号大约在0至1V之间波动，平均值约450mV。当混合气体浓度稍浓于理论空燃比时，氧传感器产生约800mV的高电压信号；当混合气浓度稍稀于理论空燃比时，氧传感器产生接近100mV的低电压信号。因此可以说，氧传感器是一个随时向微机反馈空燃比信息的“通信员”。正常的多点喷射发动机氧传感器波形第5页/共30页第五页，共31页。氧传感器对维修检测的作用发动机闭环控制时氧传感器随时监测着排气中的氧浓度，如果供入气缸的混合气空燃比不正常，排气中的氧浓度亦不正常，氧传感器信号就会有所反映。但排气中氧浓度不仅受混合气空燃比的影响，而且也受气缸中燃烧状况的影响。一旦燃烧不充分或个别缸出现缺火，气缸中的部分氧“未气缸中的部分氧“未经消化”即排出缸外，排气中的氧浓度即会发生变化。因此，氧传感器的信号又受燃烧状况的影响。当然，氧传感器损坏或微机控制装置故障也会使氧传感器信号异常。第6页/共30页第六页，共31页。氧传感器对维修检测的作用发动机正常燃烧需要三方面条件：

1.合适的混合气空燃比；

2.足够的点火能量和适当的点火提前角；

3.正常的压缩压力和压缩温度。上述条件如有一条不满足，就有可能造成燃烧不正常，进而使排气中的氧含量异常，氧传感器的信号波形即出现异常。第7页/共30页第七页，共31页。氧传感器对维修检测的作用2.由机械原因引起的压缩泄漏使正常的压缩比遭到破坏：例如，气门烧损、活塞环断裂或磨损过度等造成的压缩泄漏使点火之前的压缩温度、压缩压力不够，造成燃烧不完全甚至缺火。这也可使部分氧“不经消化”即排出缸外引起排气中的氧含量升高。

3.真空泄漏造成的空燃比不正常：例如进气道、进气管上的真空软管等处存在泄漏。如果真空泄漏使混合气空燃比达到17以上时，就可引起因混合气过稀而发生的缺火。如此，造成排气氧含量增高。第8页/共30页第八页，共31页。氧传感器对维修检测的作用下列故障可导致燃烧不正常进而引起氧传感器波形不正常：

1.点火系故障造成的燃烧不正常或缺火：例如:某缸火花塞损坏、某缸高压分线损坏、或分电器、分电器转子、点火线圈等损坏。这些故障可使部分氧“不经消化”即排出缸外从而使排气中的氧含量升高。对此，可用示波器检测，以排除这类故障的可能性或确认这类故障。第9页/共30页第九页，共31页。氧传感器对维修检测的作用4.各缸喷油不均衡造成的压缩比不正常(对于多点喷射)：个别缸喷油器的喷油量过多或过少(喷油器卡在开的位置或堵塞)，造成混合气过浓或过稀，当个别缸的混合气空燃比达到13以下或17以上时，将可能引起缺火。亦可造成排气氧含量异常。第10页/共30页第十页，共31页。氧传感器故障波形及分析举例个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均衡间歇性点火系缺火故障氧传感器配合喷油脉宽检查分析进气真空泄漏氧传感器良好与损坏的波形比较第11页/共30页第十一页，共31页。个别缸喷油器堵塞

造成各缸喷油不均衡的故障现象

怠速非常不稳加速迟缓动力下降在冷启动后或重新热启动后的开环控制期间情况稍好，一旦反馈燃油控制系统进入闭环控制，症状就变得显著。第12页/共30页第十二页，共31页。——氧传感器电压波形用示波器检测氧传感器，检测发动机在2500r/min和其他稳定转速下的氧传感器波形，以检查燃料反馈控制系统。氧传感器在所有的转速、负荷下都显示了严重的杂波。第13页/共30页第十三页，共31页。——氧传感器电压波形个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均衡时的氧传感器信号电压波形第14页/共30页第十四页，共31页。——故障分析

严重的杂波表明排气氧不均衡或存在缺火。这些杂波彻底毁坏了燃料反馈控制系统对混合气的控制能力。通常可以采用排除其他故障可能性的方法(即排除法)来判定喷油不均衡。包括用示波器检查、判断点火系统和气缸压缩压力以排除其可能性；用人为加浓或配合其他仪器等方法排除真空泄漏的可能性。总之，对于多点喷射式发动机，如果没有点火不良、压缩泄漏、真空泄漏问题引起的缺火，则可假定是喷射不均衡引起的缺火。第15页/共30页第十五页，共31页。——故障分析

此例中，进一步检查了上述点火、压缩、真空的各方面情况，结果表明可以排除这些方面问题的可能性。因此，判断为喷油器损坏。还应注意到，上述“在冷启动后或重新热启动后的开环控制期间情况稍好”。这进一步说明了有个别缸喷油器存在堵塞问题。这是因为，在当时情况下，喷油脉宽稍长，加浓了混合气，多少起到一些补偿作用。当更换了好的喷油器后，故障现象消失，波形恢复正常。第16页/共30页第十六页，共31页。间歇性点火系缺火故障图示为发动机在2500r/min时的氧传感器波形。波形反映出点火系统存在间歇缺火故障。第17页/共30页第十七页，共31页。波形两边部分显示正常，但波形中段严重的杂波显示燃烧极不正常甚至缺火。如前述，虽然进入气缸的混合气空燃比没有问题，但由于缺火时气缸内的氧“未经消化”即排出缸外，致使氧传感器波形出现一系列的低压尖峰，形成严重的杂波。同时，整个波形显示燃料反馈控制系统的反应是正常的。其原因范围可见“2”，并可按例1中的“排除法”检查，但其数秒的间歇表明压缩泄漏或真空泄漏的可能性较小。可对点火系做进一步检查以确定具体故障原因。第18页/共30页第十八页，共31页。氧传感器配合喷油脉宽检查分析图示为发动机在2500r/min时的氧传感器波形和喷油脉宽波形第19页/共30页第十九页，共31页。氧传感器波形显示为不正常的持续浓混合气信号(上边波形)，而微机控制系统能正确地发出较短的喷油脉宽指令(下边波形，正常应为5ms)试图使混合气变稀。两个波形的关系是正确的负反馈关系。这说明故障不在燃料反馈控制系统，可能是燃油压力过高或喷油器存在漏油等原因。若氧传感器波形显示为不正常的持续稀混合气信号(低电压)，而微机控制系统能发出较长的喷油脉宽指令(例如6ms)，这两个波形的关系也是正确的负反馈关系。这同样说明故障不在燃料反馈控制系统，可能是燃油压力过低或喷油器存在堵塞等原因。第20页/共30页第二十页，共31页。图示为发动机在2500r/min时的氧传感器波形和喷油脉宽波形。（浓氧传感器信号，长喷油脉宽信号）第21页/共30页第二十一页，共31页。氧传感器波形显示为不正常的持续浓混合气信号(上边波形)，而微机控制系统正在发出的却仍然是要加浓混合气的较长的喷油脉宽指令(下边波形，正常应为5ms)，即两个波形的关系出现方向性错误。这说明故障存在于燃料反馈控制系统内部，例如可能是微机控制系统接收了错误的进气流量信号或错误的发动机冷却液温度信号等原因。第22页/共30页第二十二页，共31页。进气真空泄漏图示为发动机在2500r/min时的氧传感器波形。故障为个别气缸的进气歧管真空泄漏。第23页/共30页第二十三页，共31页。真空泄漏使混合气过稀，每当真空泄漏的气缸排气时，氧传感器就产生一个低电压尖峰。一系列的低电压尖峰在波形中形成了严重的杂波。而平均电压高达536mV则可解释为：当氧传感器向微机控制系统反馈低电压信号时，燃料反馈控制系统使气缸内的混合气立即加浓，排气时氧传感器对此反映为高电压信号。这说明燃料反馈控制系统的反应是正确的。第24页/共30页第二十四页，共31页。氧传感器良好与损坏的波形比较图示为良好的氧传感器波形与损坏的氧传感器波形叠加比较。第25页/共30页第二十五页，共31页。振幅大的波形表示良好者，振幅小的表示损坏者。损坏的氧传感器波形表明，燃料反馈控制系统的正常运行受到了严重的抑制。但从其波形中的“稍浓、稍稀”振动来分析。燃料反馈控制系统一旦接收到正确的氧传感器反馈信号是有控制空燃比能力的。由于损坏的氧传感器的反应速率迟缓限制了浓稀转换次数，使混合气空燃比超出了三元催化器要求的范围，故此时排放指标恶化。图中良好的氧传感器波形反映的是更换了氧传感器之后的情况。第26页/共30页第二十六页，共31页。氧传感器波形在电控汽车故障检修中的应用总结上述几例显示了在部分发动机故障中氧传感器信号的反映情况，或显示了故障维修前后的波形对比情况以及叙述了对波形的分析。事实上，在八十年代以前国外、国内已经有人采用波形分析方法检测发动机故障。但那时主要检测的是点火系，以及用检测点火系波形的方法确认发动机是否修好。第27页/共30页第二十七页，共31页。随着汽车排放法规的不断严格和汽车控制技术、汽车维修检测技术的相应发展，使得汽车上增加了许多“让人摸得着脉搏”的地方(例如传感器)以及“摸脉搏”的仪器。因此，采用波形分析方法检测发动机故障有了更大的必要性和可能性。其中，由于氧传感器本身所具有的特殊作用，故对氧传感器的波形检测和分析于汽车维修有着更重要的意义。第28页/共30页第二十八页，共31页。

谢谢

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