發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷排除中基于氧傳感器數(shù)據(jù)流的應(yīng)用研究

摘 要：在汽車檢測(cè)和維修過(guò)程中，準(zhǔn)確合理的分析氧傳感器數(shù)據(jù)流能較快查出汽車故障原因。氧傳感器數(shù)據(jù)流分析在汽車檢測(cè)維修中起到非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；故障診斷；氧傳感器；診斷

氧傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)和監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能的重要傳感器，該傳感器的數(shù)據(jù)能真實(shí)反映混合氣的濃度和燃燒情況是否良好，因此，合理分析氧傳感器的數(shù)據(jù)流更容易找出汽車故障原因，對(duì)診斷與排除發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制方面的故障有比較重要的意義。

數(shù)據(jù)流是指車輛在某一特定時(shí)間的工作狀況的數(shù)據(jù)塊，也稱為保持幀，也指電子控制單元（ECU）與執(zhí)行器、傳感器運(yùn)行的參數(shù)數(shù)據(jù)。閉環(huán)控制時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的氧傳感器將時(shí)時(shí)監(jiān)查著排氣中的氧的濃度，將電信號(hào)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU，ECU根據(jù)氧濃度中反饋的電信號(hào)來(lái)調(diào)整噴油量，也稱噴油脈寬。使得混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比始終保持在理論空燃比14.7附近。當(dāng)進(jìn)氣氣缸供入的混合氣體的空燃比值不正確時(shí)，氧傳感器信號(hào)將有所反應(yīng)。排氣口的氧濃度值檢測(cè)將不正常。除此之外，氧燃燒狀況、氧傳感器的好壞、微機(jī)控制裝置的工作能力好壞都將影響氧傳感器。氧傳感器信號(hào)電壓是能直接反映混合氣空燃比大小或者燃燒過(guò)程完善程度，因此，通過(guò)解碼器讀取氧傳感器的數(shù)據(jù)流并加以分析，對(duì)診斷和排除電控發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)故障有重要意義。

1 結(jié)構(gòu)與原理

氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種結(jié)構(gòu)。車用的氧化鋯式傳感器就是一個(gè)微電池，其基本工作原理是：在一定條件下，利用氧化鋯內(nèi)外兩側(cè)（內(nèi)側(cè)為大氣，外側(cè)為廢氣）的氧濃度差，產(chǎn)生電位差，且濃度差越大，電位差越大。當(dāng)混合氣較濃時(shí)，氧化鋯內(nèi)外兩側(cè)氧濃度值相差很大，將有一個(gè)高電壓（0.6～1V）信號(hào)被送到發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU處進(jìn)行放大處理，發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU將會(huì)把電壓信號(hào)分成兩種混合氣體進(jìn)行處理，或是把高電壓信號(hào)看作濃混合氣，或是把低電壓信號(hào)看作稀混合氣。當(dāng)氧傳感器端部達(dá)到300°C以上才能輸出電壓。在氧傳感器端部達(dá)到約800°C時(shí)，對(duì)混合氣的變化反應(yīng)最快，而在低溫時(shí)這種特性會(huì)發(fā)生較大變化。

2 診斷故障的依據(jù)與流程

氧傳感器在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣燃油反饋控制系統(tǒng)中充當(dāng)著“守門員”的作用。它能正確、有效、快速地檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣燃油反饋控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在氧傳感器本身處于良好狀況時(shí)，所輸出的信號(hào)反映了排氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、噴射系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、執(zhí)行件、電路、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)等元件的工作情況。如果汽車廢氣排放出現(xiàn)了故障，可以將噴油脈沖寬度和氧傳感器波形兩組參數(shù)結(jié)合起來(lái)評(píng)定進(jìn)而檢測(cè)出汽車廢氣排放故障的原因。當(dāng)汽車出現(xiàn)油耗量大、廢氣排放超標(biāo)、加速遲緩、功率低下、怠速不穩(wěn)等故障時(shí)，可以利用示波器對(duì)波形進(jìn)行檢測(cè)、分析進(jìn)而打出汽車出現(xiàn)上述故障的原因。

2.1上流動(dòng)系統(tǒng)

上流動(dòng)系統(tǒng)也稱為Upstream System，主要指發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)等。其中包括ECU的發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)（包括輔助系統(tǒng)）、執(zhí)行器、傳感器。

2.2下流動(dòng)系統(tǒng)

下流動(dòng)系統(tǒng)也稱Downstrear System，主要指消聲器、排氣管以及催化轉(zhuǎn)化器等，基本上是位于氧傳感器后面的排氣系統(tǒng)部件。

2.3閉環(huán)控制

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU依據(jù)氧傳感器反饋的信號(hào)不停的對(duì)混合氣的空燃比進(jìn)行調(diào)整讓其與規(guī)定數(shù)據(jù)相符合即閉環(huán)控制也稱為Close Loop。檢驗(yàn)系統(tǒng)是否處于閉環(huán)控制狀態(tài)方法主要通過(guò)分析氧傳感器的信號(hào)波形來(lái)判斷。用波形測(cè)試設(shè)備測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的氧傳感器輸出的信號(hào)電壓波形器信號(hào)電壓波形上的雜波一般也比較少。

3 數(shù)據(jù)分析與故障診斷

氧傳感器的數(shù)據(jù)流是對(duì)廢氣中氧濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能真實(shí)反映空燃比濃度并及時(shí)作出修正，當(dāng)λ值為0.97～1.04時(shí)，廢氣中的氧（O2）含量在1%～2%范圍內(nèi)，CO2在13.8%～14.8%，正常的氧傳感器信號(hào)電壓應(yīng)該在0.1～0.9V之間變化，并10秒內(nèi)應(yīng)變化8次以上。經(jīng)三元催化器轉(zhuǎn)換后廢氣中O2濃度極小，因此下游氧傳感器的電壓正常值大于0.7V。如果λ值小于1，混合氣偏濃，導(dǎo)致燃燒不充分，使得廢氣中含有大量的HC及CO，O2含量小于1%，氧傳感器信號(hào)電壓大于0.45V，ECU由此判斷混合氣過(guò)濃，從而會(huì)作出減少燃油噴射量的指令，此時(shí)短期燃油修正系數(shù)或者混合比λ控制值是負(fù)數(shù)，則會(huì)出現(xiàn)混合氣濃的故障碼。當(dāng)混合氣燃燒時(shí)，廢氣中二氧化碳和一氧化碳的含量較低，氧含量大于2%，氧傳感器信號(hào)電壓小于0.45V。此時(shí)混合比λ控制值大于1，由此判斷混合氣稀。從而會(huì)作出增加燃油噴射量的指令，此時(shí)混合比λ控制值或短期燃油修正系數(shù)為正值。當(dāng)混合氣過(guò)稀時(shí)，燃燒速度過(guò)緩，導(dǎo)致燃燒延續(xù)至進(jìn)排氣重疊角時(shí)，可能發(fā)生回火現(xiàn)象，或進(jìn)入排氣管中的HC發(fā)生二次燃燒，使排氣中的O含量極低，氧傳感器輸出電壓大于0.45V，ECU會(huì)認(rèn)為此時(shí)混合氣過(guò)濃，從而減少噴油量，使實(shí)際混合氣稀的狀況更加嚴(yán)重。 發(fā)動(dòng)機(jī)缺火，會(huì)造成汽缸內(nèi)的混合氣燃燒不完全，使排氣中HC及O2含量上升，氧傳感器輸出電壓值低于0.45V，ECU據(jù)此判斷混合氣偏稀，從而會(huì)作出增加燃油噴射量的指令。這樣導(dǎo)致的結(jié)果，是其余工作正常的汽缸，可能會(huì)由于混合氣濃，使燃燒速度減緩，CO及HC化合物排放量增加，排氣中O2含量略有降低，但發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重工作不穩(wěn)定的情況。

氧傳感器的工作電壓不正?？赡芤鸺铀俨涣肌l(fā)沖、冒黑煙和有時(shí)熄火等故障。在發(fā)動(dòng)機(jī)水溫達(dá)到正常以中速（1500-2000r/min）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氧傳感器信號(hào)電壓應(yīng)該在0.1～0.9V之間，并10秒內(nèi)應(yīng)變化8次以上。若該信號(hào)電壓變化緩慢或不變化或數(shù)值異常，則說(shuō)明氧傳感器或控制系統(tǒng)有故障。

4 結(jié)論

分析氧傳感器數(shù)據(jù)流的關(guān)鍵是認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)流異常的原因，只有正確分析氧傳感器的數(shù)據(jù)流，才能找到真正的故障所在，科學(xué)合理并快速查找到故障。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

魏德全，男，漢族，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，黨員，現(xiàn)任日喀則市職業(yè)技術(shù)學(xué)校汽修教研組組長(zhǎng)、講師，研究方向?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與檢測(cè)、汽修專業(yè)基于項(xiàng)目教學(xué)法教材的開發(fā)、職業(yè)教育理念和教學(xué)方法的研究。