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谈氧传感器信号电压所揭示的问题
来源:本站整理  作者:佚名  2013-09-11 08:07:11



    在电控发动机中常在三元催化反应器前后各安装一个氧传感器,前(主)氧传感器用以检测废气中的含氧量,转变成电压信号送给ECU,从而间接判定混合气的空燃比,便于ECU修正喷油量;后(副)氧传感器检测三元催化器后废气中的氧含量,转变成电压信号送给ECU,两个传感器电压之差就可反应出三元催化反应器转换CO、HC、NOx的能力。氧传感器有几种类型,如表1所示。

图1所示为二氧化锆式氧传感器。锆管的陶瓷体是多孔的,而且易碎,在拆装时要特别小心。锆管内侧通大气,外侧与废气接触。工作时,在废气高温作用下,氧发生电离,由于锆管内侧氧离子浓度高,外侧氧离子浓度低,在浓度差的作用下,氧离子从内侧向外侧扩散,形成两电极的电动势。铂(Pt)是催化剂,可使电动势以理论空燃比为界,发生突变,产生0~1V的电压;信号电压高于0.45V时,ECU判定为浓混合气并发出减少喷油量的指令;信号电压低于0.45V时,判定为稀混合气并发出增加喷油量的指令。

图2所示为二氧化钛式氧传感器。具有多孔的二氧化钛陶瓷用来感测氧气,实心的二氧化钛陶瓷用做加热调节器。二氧化钛在室温下具有很高电阻,当氧分子脱离时,会造成结晶格子的空隙,使结晶格子造成缺陷,产生电流。当氧的空隙越多,就会有更多的电子可用来传递电流,材料的阻抗亦随之降低。

废气中氧含量发生变化时,传感器电阻值以理论空燃比为界发生突变,利用参考电压,改变电阻后,输出信号电压发生突变。

图3所示为宽域氧传感器。能连续检测空燃比在10~20的混合气。当线性电压2.5V时达到了理论空燃比(14.7:1)的控制。通过改变泵电流Ip的方向与大小就可达到平衡测试室里的含氧量。Ip即为传递给控制单元的电信号。感应室:相当于一个普通浓差型氧化锆氧传感器。一面与大气接触,另一面是测试室,通过扩散孔与排气接触,由于两侧氧含量不同产生一个电动势。ECU把感应室两侧的氧含量保持一致,让电压维持在0.45V,这个电压只是电脑的参考标准值。

泵氧元:也是一氧化锆组件。一边与排气接触,另一边是测试室。在泵氧元上加电压会使氧离子移动。把排气中的氧泵入或泵出测试室中,使感应室两侧的电压值维持在0.45V。混合气过浓时,测试室内含氧量下降,感应室电压值US>0.45V,传感器控制器产生一个反向的泵电流Ip,将氧气泵入测试室,使测试室中的氧含量增加,感应室电压值恢复到0.45V。

混合气过稀时,测试室内含氧量增加,感应室电压值US<0.45V,传感器控制器产生一个正向的泵电流Ip,将氧气泵出测试室,使测试室中的氧含量下降,感应室电压值恢复到0.45V。

氧传感器需在一定条件下,输出信号才能稳定而有效:
①自身温度达到一定值后。当废气温度低于一定值(锆式约300℃左右,钛式约600℃左右)时,氧传感器的输出特性不稳定。所以传感器内常有加热器。
②发动机工作在稳定工况。发动机在起动、暖机、加速、大负荷等工况下氧传感器处于开环状态,输出信号电压不变。

电控汽油机引起氧传感器信号异常的原因分析:
1.持续低电压信号
表明有可能是混合气过稀、氧传感器本身故障等。
(1)喷油器堵塞。喷油器喷孔堵塞可能会导致个别缸喷油量太少,引起混合气过稀故障。严重时会导致喷油器不喷油。
(2)燃油压力太低。喷油脉宽一定的情况下,燃油压力低,循环喷油量减少,导致混合气过稀。
(3)空气流量计和节气门之间有未经计量空气。在此处漏入的空气没经过空气流量计的测量,空气流量计输送给ECU的信号有误,导致喷油器喷油量太少,从而致使混合气过稀。
(4)进气歧管和缸盖之间的垫片漏气,使得部分进气歧管压力传感器没有检测到,造成喷油量相对减少,混合气过稀。
(5)燃油蒸气回收系统的碳罐电磁阀常开。使发动机在怠速、低转速小负荷、高速(n>4000~4500r/min)全负荷、突然加速或减速、发动机水温<55℃等过渡工况下混合气过稀。
(6)废气再循环系统EGR)故障。应根据工况及工作条件的变化自动调整再循环的废气量,一般控制在6%~13%之间。如EGR阀常开,则会在上述过渡工况下混合气过稀。
(7)发动机ECU及线路异常。对喷油量的控制指令产生错误。
(8)由机械原因引起的气缸压缩压力低。如:气门烧损、活塞环断裂等,造成燃烧不完全甚至缺火,使部分氧“未经消化”即排出缸外,引起排气中的氧含量升高,氧传感器ECU输送“混合气过稀”的信号。
(9)氧传感器加热故障。使其输出信号不稳定或无变化,致使ECU无法控制喷油量,易出现混合气过稀。
(10)氧传感器和控制单元之间导线电阻过大。氧传感器输出电压过低,ECU误认为“混合气过稀”。
(11)氧传感器通大气的孔堵塞,使传感器内外侧的氧离子浓度差减小,反馈电压处于低位,ECU误认为“混合气过稀”。

2.持续高电压信号
表明可能是混合气过浓、传感器被污染等。
(1)空气流量计故障。空气流量计的性能恶化,输送给ECU的信号不准确,导致发动机始终处于混合气偏浓状态,引起氧传感器损坏或性能下降。此时故障诊断仪读取的故障信息可能是“混合气超出调整极限”、“氧传感器不良”等。
(2)使用进气歧管绝对压力传感器(MAP)的发动机,进气系统发生泄漏会造成混合气过浓。
(3)喷油器升程变大。喷油脉宽一定时,升程变大后每循环的喷油量增加,引起混合气过浓。
(4)氧传感器本身脏污。堵塞了通废气的孔,氧传感器检测不到废气中的氧气,输出高的电压信号,ECU误认为“混合气过浓”,从而向喷油器发出减少喷油量的指令,导致混合气过稀。此时,每缸火花塞均呈白色,由于过稀混合气,燃烧速度慢,未烧完的燃油进入排气管,其中的HC含量过多,发生二次燃烧,造成排气管烧红或进气涡轮增压器烧红。三元催化器工作任务过重导致温度过高甚至烧红。

3.电压信号保持为一个恒定值表明可能是ECU回路不通、氧传感器损坏等。氧化锆式氧传感器当搭铁短路时,信号电压为0V;当正极短路时,信号电压为1V;当信号线断路时,电压为0.45~0.55V。有些车型,氧传感器信号电压无变化,容易造成发动机在加速时熄火。

因此,氧传感器的信号电压不正常并不仅仅是氧传感器及其控制线路的问题,需对发动机进行具体的故障原因分析,结合其它系统的情况进行故障的诊断和排除。

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