汽車氧傳感器的工作原理及應(yīng)用

摘要:本文對(duì)氧傳感器波形在電控汽車、維修檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:波形檢測(cè);氧傳感囂;工作原理;應(yīng)用技術(shù)

0前言

隨著汽車排放法規(guī)的逐漸嚴(yán)格和人們對(duì)汽車排污控制的日漸重視，“電噴”加三元催化器的發(fā)動(dòng)機(jī)正在我國(guó)普及。這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用了混合氣成分的閉環(huán)控制和三效催化反應(yīng)裝置聯(lián)合使用的技術(shù)，這是當(dāng)今汽油機(jī)最有效的排氣凈化方法，氧傳感器是實(shí)現(xiàn)這一閉環(huán)控制必不可少的重要部件。它不但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制有著重要的作用，還可以通過(guò)示波器讀取其波形進(jìn)而分析判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的多種故障。在汽車維修之后，還可以通過(guò)檢測(cè)氧傳感器波形判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否真正修好，作為向客戶交車之前的一項(xiàng)檢驗(yàn)。在維修檢測(cè)方面，氧傳感器波形某種程度上類似于人體診斷的心電圖。

1 氧傳感器的工作原理

氧化鋯是一種多孔性的固體電解質(zhì)，當(dāng)溫度較高時(shí)，允許滲入該固體電解質(zhì)內(nèi)的氧氣發(fā)生電離，電離后的氧離子能夠由氧濃度高的內(nèi)側(cè)向濃度低的外側(cè)擴(kuò)散，使兩電極之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，形成微電池，因此可以檢測(cè)出排氣中氧的含量，從而能檢測(cè)出混合氣的濃度。圖1是氧化鋯氧傳感器的工作原理示意圖。

三元催化轉(zhuǎn)化器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，一般要求保持在理論空燃比為(14.7)左右的狹小范圍內(nèi)。一旦混合氣體濃度偏離了這個(gè)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急劇下降。由于混合氣空燃比的變化會(huì)引起排氣中氧濃度相應(yīng)的變化，因此，在排氣管中設(shè)置了氧傳感器，氧傳感器隨時(shí)檢測(cè)排氣中的氧濃度，并隨時(shí)向微機(jī)控制裝置反饋信號(hào)，微機(jī)則根據(jù)反饋來(lái)的信號(hào)及時(shí)調(diào)整噴油量(噴油脈寬)，如信號(hào)反映混合氣較濃，則減少噴油延續(xù);反之，如信號(hào)反映混合氣較稀，則延長(zhǎng)噴油延續(xù)時(shí)間，從而使混燃?xì)獾目杖急仁冀K保持在理論空燃比附近，這就是空燃比閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。

2 氧傳感器的波形檢測(cè)與波形分析

2.1 氧傳感器的波形檢測(cè)

氧傳感器的波形檢測(cè)方法很多，筆者用汽車示波器進(jìn)行波形檢測(cè)。檢測(cè)方法是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使氧傳感器加熱至315℃以上，且處于閉環(huán)控制狀態(tài)，利用跨接線或背針探頭連接至傳感器的連接插頭，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速開始增加轉(zhuǎn)速。

2.2 氧傳感器的波形分析

對(duì)氧傳感器進(jìn)行波形分析可以從反映氧傳感器輸出信號(hào)波形的三要素進(jìn)行，三要素為:最高電壓、最低電壓、反應(yīng)快慢(響應(yīng)時(shí)間)。正常波形允許變動(dòng)的范圍分別是:最高電壓允許范圍大于850mV;最低電壓允許范圍75～175mV，從濃到稀的允許響應(yīng)時(shí)間少于100ms。因此，當(dāng)實(shí)測(cè)波形與氧傳感器的正常波形不相符時(shí)，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)存在故障，并且可以從波形上查明故障發(fā)生的部位及產(chǎn)生的原因。發(fā)動(dòng)機(jī)故障可導(dǎo)致燃燒不正常進(jìn)而引起氧傳感器波形不正常，具體可表現(xiàn)為:

點(diǎn)火系統(tǒng)故障造成的燃燒不正?；蛉被穑缒掣谆鸹ㄈ麚p壞，某缸高壓分線損壞、或分電器、分電器轉(zhuǎn)子、點(diǎn)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(duì)此，可用示波器檢測(cè)，以排除這類故障的可能性或確認(rèn)這類故障。

由機(jī)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(guò)度等造成的壓縮泄漏，使點(diǎn)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“未經(jīng)消化”即排出缸

外，引起排氣中的氧含量升高。

真空泄漏造成的空燃比不正常，例如，進(jìn)氣道、進(jìn)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l7以上時(shí)，就可引起因混合氣過(guò)稀而發(fā)生的缺火，并造成排氣氧含量增高。

各缸噴油不均衡造成的壓縮比不正常(對(duì)于多點(diǎn)噴射)，個(gè)別缸噴油器的噴油量過(guò)多或過(guò)少(噴油器卡在開的位置或堵塞)，造成混合氣過(guò)濃或過(guò)稀，當(dāng)個(gè)別缸的混合氣空燃比達(dá)到l3以下或l7以上時(shí)，可能引起缺火，亦可造成排氣含量異常。

3 氧傳感器波形在電控汽車維修檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 利用氧傳感器的波形分析發(fā)動(dòng)機(jī)的故障

筆者在實(shí)際工作中曾用氧傳感器的故障波形分析診斷發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均勻的故障。故障表現(xiàn)為:怠速不穩(wěn)，加速遲緩，動(dòng)力下降，路試加速不起來(lái)。在冷起動(dòng)后或重新熱起動(dòng)的開環(huán)控制期間情況好轉(zhuǎn)，一旦燃油反饋控制系統(tǒng)進(jìn)入閑環(huán)控制，癥狀就變得顯著。用ADC2000發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷儀的示波功能檢測(cè)氧傳感器的波形，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)在2500r/min和其他穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的氧傳感器波形，以檢測(cè)空燃比反饋控制系統(tǒng)，氧傳感器在所有的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷下都顯示出嚴(yán)重的雜波故障，分析嚴(yán)重的雜波表明排氣氧不均衡或存在缺火，這些雜波影響了燃料反饋控制系統(tǒng)對(duì)混合氣的控制能力。通?？梢圆捎门懦渌收峡赡苄缘姆椒?即排除法)判定噴油不均衡。包括用示波器檢查，判斷點(diǎn)火系統(tǒng)和氣缸壓縮力，以排除其故障的可能性;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(duì)于多點(diǎn)噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，如果沒(méi)有點(diǎn)火不良、壓縮泄漏、真空泄漏等問(wèn)題引起的缺火，則可假定是噴射不均衡引起的缺火。

針對(duì)上述情況，筆者進(jìn)一步檢查了點(diǎn)火、壓縮、真空的各方面情況，排除了這些方面問(wèn)題的可能性，判斷為噴油器損壞。還應(yīng)該注意到，“在冷起動(dòng)后或重新啟動(dòng)后的開環(huán)控制期間情況稍好”，進(jìn)一步說(shuō)明了個(gè)別缸噴油器存在堵塞問(wèn)題。這是因?yàn)閷?duì)于上述情況，噴油脈沖寬度稍長(zhǎng)，加濃了混合氣，多少起到一些補(bǔ)償作用。進(jìn)一步從發(fā)動(dòng)機(jī)拆下噴油器后，因剛拆下來(lái)的噴油器表面很臟，先用凈化器清洗噴劑先洗一下外表，再用布擦干凈，進(jìn)行密封性檢測(cè)，在噴油器關(guān)閉的情況下，加上噴油器的正常壓力的油壓檢測(cè)噴油器的密封性。一般要求在1min內(nèi)噴油器不滴漏2滴以上油滴，然后進(jìn)一步檢測(cè)噴油器的霧化性。不同型號(hào)的噴油器，在正常條件下噴霧形狀是不相同的，一般噴油器噴出的油霧形狀是角度較大的白色錐體，而單孔的噴油器的張角并不大，較臟的或有故障的噴油器的噴出的油霧形狀基本相同，是一根或幾根白色線，沒(méi)有霧化的噴油器是有故障或損壞的，檢查結(jié)果是2缸噴油器堵塞。進(jìn)一步測(cè)量噴油器電磁線圈，便可知道它們是高阻值或是低阻值的噴油器以及線圈是否短路或斷路，高阻值為12～17Q，低阻值2～3Q，若阻值不在規(guī)定的范圍內(nèi)，說(shuō)明噴油器電磁線圈損壞，必須更換。檢測(cè)的噴油器數(shù)據(jù)值中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，說(shuō)明噴油器的電磁線圈沒(méi)有問(wèn)題，所以故障為2缸噴油器堵塞。

4 結(jié)束語(yǔ)

氧傳感囂在電控噴汽車空氣燃油控制系統(tǒng)中有著非常重要的作用，對(duì)氧傳感器波形信號(hào)的分析，可以快速、準(zhǔn)確地判斷整個(gè)空氣燃油系統(tǒng)的運(yùn)行性能，通過(guò)用汽車示波器對(duì)氧傳感器波形進(jìn)行分析、評(píng)定，可以幫助診斷分析汽車的怠速不穩(wěn)、加速遲緩、功率低下、耗油量大等汽車故障及其的原因，同時(shí)還可以利用氧傳感器的波形分析來(lái)判斷三元催化器是否失效。