汽车氧传感器故障浅析

汽车氧传感器故障浅析

摘要:氧传感器可以检测发动机尾气中氧的含量,从而间接反映混合气的空燃比。氧传感器装在汽车排气管道内,用它来检测废气中的氧含量。因而可根据氧传感器所得到的信号,反馈到控制系统,来微调燃料的喷射量,使A/F控制在最佳状态,既大大地降低了排污量,又节省了能源。所以在电子控制燃油喷射系统中广泛使用氧传感器。本文主要介绍氧传感器的类型、工作原理及故障浅析。

关键词:氧传感器故障工作原理

废气中含有一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有毒有害气体,因此必须使用三元催化器转换。氧传感器可以将检测到的氧气浓度反馈给ECU,ECU根据此信号判断空燃比是否偏离目标值,若偏离则调节喷油量,使空燃比控制在一定的范围内。在闭环控制的电控燃油喷射汽车上,氧传感器是必不可少的一样重要元件。

1 氧传感器的结构和工作原理

发动机燃烧后所产生的有害废气主要有三种:一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物。氧传感器的功用是通过监测排气中氧离子的含量来反馈给电控发动机的ECU,通过ECU对各个参数如冷却液温度,进气温度,发动机转速,负荷,爆震等情况进行综合分析后进行计算给出合适的混合气的空燃比。

用二氧化锆或二氧化钛这种材料做成的氧传感器,如图(1)它能够很好的感知发动机尾气中氧的浓度并把它转化为电信号,因此,在电控发动机的闭环控制系统中,都安装了一只或二只氧传感器,一般的,氧传感器的位置越靠近燃烧室,燃油控制的精度就越高,这多数是由尾气的流动速度,排气管道的长度和传感器的反应速度所决定。氧传感器的工作中有三个较为重要的参数;最高信号电压、最底信号电压、混合气由浓到稀时信号的响应时间,这三个参数中有一个不符合规定,氧传感器就必须更换。正常情况下(冷却液温度90℃)发动机中低负荷运行时,查看氧传感器的数据流中电压值的变化频率为10秒钟内至少在8次以上。氧传感器输出的电压在0.3～1.2 V范围快速变化,其中怠速及慢加速时氧传感器输出的电压会偏向高的一端,在中等负荷或2000转以上固定转速时氧传感器输出的电压会偏向低的一端。特别要注意的是许多电控系统为配合排放控制对ECU的控制进行了一定的设定(发动机处于开环工作状态),如发动机在冷却液温度较低时不检测氧传感器;启动发动机时不检测氧传感器;急加速(或超车)时不检测氧传感器;因此,在维修检测时不要引起误判。

2 氧传感器常见故障

许多氧传感器的故障与发动机的工作状态或某些元件的工作有关,如氧传感器的输出电压持续偏低,反映为混合气偏稀,有可能是由进气系统出现漏气,空气流量计损坏,个别喷油器堵塞或不喷油;如氧传感器的输出电压持续偏高,反映为混合气偏浓,有可能是由于空气滤

清器过脏、空气流量计损坏,少数喷油器漏油或关闭不严;因油品不符合要求造成的氧传感器故障:油品的质量问题会造成氧传感器“中毒”现象,用解码器查看氧传感器的数据流可以看到电压输出的变化十分缓慢, 一旦氧传感器的表面被严重污染会造成氧传感器检测不到正常的氧的浓度,同时ECU不能获得正确的反馈,从而给出不正确的空燃比浓度(极浓),这种情况往往引起排气消声器被炸,同时遭到损坏的还有三元催化器。由点火系引起的氧传感器故障,因为点火系工作中的点火过早、点火过迟、缺火也会造成氧传感器的高温损坏或性能的降低。ECU与氧传感器之间的线路出现问题而不正常,这种情况多出现在事故车或老旧车型,多数时候需更换线束总成。氧传感器本身的问题,氧传感器的正常工作温度为300℃-500℃加上工作时排气管尾气的持续高温环境非常恶劣,通常有3线或4线的氧传感器其内部有大功率的加热电阻工作到一定时间容易被烧毁,过高的温度也容易使锆或钛材料失效。

3 案例

一桑塔纳2000GSI行驶120000 km后出现怠速非常不稳,加速迟缓,动力下降。在冷起动后或重新热起动后的开环控制期间情况稍好,但反馈控制系统进入闭环控制,工作就明显恶化。

在冷却液温度90℃以上,用解码器查看发动机工作时的氧传感器

数据流电压在2500 r/min时比正常值低得多,约0.3～0.4 V且变化幅度很小,再试其他工况电压均偏低。

分析:由于从数据流的直观表面看好像是氧传感器本身的问题,但是从氧传感器工作的特点,“电压值的变化频率为10秒钟内至少在8次以上及正常工作温度为300℃～500℃。”可以判断氧传感器正常这些都可以从数据流内容查看,从氧传感器数据流电压在2500 r/min时比正常值低得多,约0.3～0.4 V且变化幅度很小,再试其他工况电压均偏低的情况初步判断混合气偏稀。

检查与排除:熄火查看发动机的进气系统,空气流量计的线路连接及曲轴箱通风系统均正常,发动机起动后查看故障码为第2缸失火(缺缸),进一步检查点火系正常,检查喷油器时发现该喷油器通断电时无反应,更换喷油器后启动,各数据流参数正常。

通过以上过程我们可以看出,汽车氧传感器故障故障是属于较为复杂的汽车故障分析时必须综合各种因素加以考虑,犹其像上述案例更是要对氧传感器的材料结构、工作特点、正常的工作温度有较深入的了解,并熟练运用现代化的诊断工具如示波器、解码仪进行分析判断才能真正找到问题所在。

参考文献

[1] 张子波.汽车故障诊断技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2] 张民编.大众捷达维修手册[M].一汽—大众有限公司,2003.

[3] 李伟.新型汽车传感器.执行器原理与故障检测[M].机械工业出版社,2012.