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氧传感器的检测与废气分析

  氧传感器的类型

  汽车上安装的氧传感器一般可分为以下三类:

  01 氧化锆式氧传感器

  空燃比值为14.7∶1时,氧化锆式氧传感器电压在0.45V 左右。这类氧传感器信号电压范围是0.1~0.9V,信号电压小于0.45V 时,氧传感器反馈给ECU 的信号是混合气稀;信号电压大于0.45V 时,反馈信号表示混合气浓。

  在新型的发动机控制系统中,给氧传感器加装了加热线圈,以提高它在发动机怠速运转时的工作温度,使氧传感器在发动机低温和怠速时也能正常工作。所以,此类氧传感器为3线或4线。它常安装在排气总管三元催化转化器前,用于混合气的短时调节。

  02 氧化钛式氧传感器

  氧化钛式氧化传感器与氧化锆式氧传感器不同。氧化钛式氧传感器工作原理与发动机冷却液温度传感器和进气温度传感器类似,它包含一个可变电阻,可变电阻值根据条件改变。

  但与冷却液温度传感器、进气温度传感器不同的是,氧化钛式氧传感器是根据周围的空燃比变化而改变电阻值的。发动机PCM 读取电阻两端的电压降,通常PCM 提供给氧化钛式氧传感器一个工作电压,一般采用5V 电源电压,信号电压一般为0~5V,基本输出电压为2~3V。与氧化锆式氧传感器的输出信号电压相反,混合气浓时输出电压低,混合气稀时输出电压高。也有用1V 的电源电压。

  03 新型宽带氧传感器

  新型宽带氧传感器是一种主动氧传感器,它有6根线:2根加热线,2根氧信号线,2根输出电流线。ECU 根据输出的电流计算混合气的浓度,从而可使混合气控制范围更宽,氧传感器信号电压在0~5V 之间变化,λ =1时电压为2~3V,其信号波形通常为一条不动的直线。

  氧传感器的检测与废气分析

  目前最常见的氧传感器为加热型氧化锆式氧传感器,检测它时最好是用示波器检测信号电压波形。

  在空燃比控制适当时,氧传感器信号是计算机系统的最好指示。一般来说,一个工作良好的电控燃油发动机在闭环工作状态下,怠速时,氧传感器在10s内应有不少于8个浓/稀振幅;转速为2500r/min时,10s内应有10~40个浓/稀振幅。当空燃比由稀变到浓时,氧传感器的响应时间应小于100ms;当空燃比由浓变到稀时,氧传感器的响应时间应小于125ms。

  评定氧传感器信号的第一步是证明该传感器处于良好的状况。用数字存储示波器测试氧传感器的响应时间。用丙烷使空燃比变浓,而用真空大量泄漏使空燃比变稀。在正确的时间内,将开关从浓切换到稀,再从稀切换到浓,应符合上述要求。

  汽车的三元催化转化器前有一个主氧传感器,三元催化转化器后还有一个副氧传感器,这个副氧传感器用来监测三元催化转化器的转换效率。下图(a)、(b)、(c)所示分别是失效的三元催化转化器、旧的三元催化转化器和新的三元催化转化器前、后氧传感器的波形比较。

  (a)失效TWC时EGO波形 ▼

  

 

  (b)旧TWC时EGO波形 ▼

  

 

  (c)新TWC时EGO波形 ▼

  

 

  用示波器进行氧传感器波形分析,同时结合使用五气分析仪,对诊断特定故障会大有帮助。例如,如果氧传感器波形有大量的稀/浓过渡段,而且HC的排放量比正常值高出很多,则气缸缺火可能是由点火或机械故障引起的。由于燃油进入气缸而没有发生燃烧,所有未燃的HC会从排气系统中排出。如果氧传感器波形有大量的过渡段而HC的排放量良好,则气缸缺火可能是由喷油器故障引起的。在喷油器有故障时,由于燃油没有进入气缸,HC的排放量没有增加。

  故 障 分 析

  1.有些车辆在出现故障时,CO 的排放量会高于1.5%,HC的排放量会高于0.02%。

  当遇到这种故障时,首先应检查氧传感器电压的变化情况。因为如果氧传感器电压在0.7~0.9V 以上变化且CO 超标,则说明故障不在氧传感器,应重点检查空气流量计信号及燃油系统压力,同时还应检查发动机冷却液温度传感器。因为当空气流量信号值过大、燃油压力过高及冷却液温度传感器温度过低时,都会造成CO 排放值过高。若氧传感器信号电压在0.1~0.3V 之间变化且CO、HC超标时,应重点检查排气管及排气歧管是否漏气。

  在发动机怠速运转时,若HC超标,应重点检查氧传感器加热电压、点火提前角以及三元催化转化器温度。首先应检查点火失火率,即对点火系统高压线及火花塞进行检查。当上述检查正常时,应更换氧传感器。

  如果氧传感器电压在0.2~0.8V 之间变化,且发动机控制信号处于闭环,则应重点检查三元催化转化器温度。如果三元催化转化器温度过低(280℃以下时),则其不能工作。如果三元催化转化器进、出口温度差过低(三元催化转化器进、出口温度差正常应大于38℃,实测某车进口温度为323℃,出口温度为445℃,相差122℃),应更换三元催化转化器。

  2.气门积炭也会影响发动机的尾气排放,使混合气的调节明显偏慢,从而导致CO 及HC数值变化过大,有时甚至超标。当用故障诊断仪读取氧传感器数据时,氧传感器信号电压会在0.1~0.9V 之间变化(正常时在0.3~0.7V 之间变化)。

  当发动机出现怠速不稳、游车、加速不良及氧传感器信号电压在0.1~0.9V 之间变化时,不应急于更换相关传感器,而应首先清洁进气门、气缸和进气歧管等。对于积炭的清除,可采用免拆清洗设备进行,也可进行人工清洁。

  3.在维修中可能遇到这种情况:用故障诊断仪检测氧传感器信号电压,电压始终在0.5~0.9V之间变化,实际进行发动机排放检测,CO 过低、HC略高,再用简易工况检测尾气,CO偏低、HC及NOx 偏高。可为什么排放中CO偏低,即为什么在混合气偏稀的情况下,传感器信号电压偏高呢?

  故障原因在于发动机接地不良或氧传感器接地线开路。因为发动机接地不良后,在发动机外壳与接地之间会产生0.3~0.4V 电压,而氧传感器产生的实际电压为0.2~0.7V。ECU实际接收氧传感器信号电压叠加了发动机外壳电位,并始终维持在浓信号电压,ECU在接收到浓信号后,会根据程序进行减稀控制,这样实际进入发动机的混合气也就会始终偏稀,造成怠速工作不稳。由于混合气偏稀,发动机用简易工况检测有大量氧气存在,排放中的NOx 极易超标。

  所以,当发动机尾气中的CO偏低,HC、NOx 偏高时,应认真检查发动机接地电位及氧传感器接地线电压,因为消除了接地不良的问题也就排除了故障。

  4.NOx 排放过高往往不一定就是EGR系统故障导致的。凡是能增加发动机工作温度的冷却系统故障、过度提前的点火正时和三元催化转化器失效,都将造成更多的NOx 的形成。甚至会因为修理好了另一种不同的排放问题,又可能造成NOx 排放值的提高。混合气过浓使燃烧室内形成积炭,这将导致气缸压缩压力的提高。解决了混合气过浓的故障会使混合气变稀,但遗留的因积炭而导致的高压缩压力会引起NOx 排放值的上升。在这种情况下,建议在重新测试排放之前对发动机进行清除积炭处理。这种情况已经引起排放试验的重新测试的失败。在开始诊断时用五气分析仪测出汽车的排放问题,在修理后反复检测以便确认修理的效果,这样做对避免汽车重新测试出现失败是必要的。

  氧传感器信号不正常不一定是氧传感器本身的故障,氧传感器信号故障,往往会表现出看似是氧传感器损坏的现象,但一定要认真检查与氧信号相关的诸多因素,逐一排除,才能准确判断故障因素。否则,将会错误地换掉配件,造成不必要的损失。

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