氧传感器的构造、工作原理与检修

氧传感器的构造、工作原理与检修课程大纲空燃比对汽车发动机性能与排放的影响电控发动机的开闭环控制现代汽车氧传感器的分类氧传感器常见故障诊断与排除空燃比对汽车发动机性能与排放的影响什么是空燃比呢?汽车发动机的空燃比是怎样监测到的呢？可燃混合气中空气质量与燃油质量之比称为空燃比，用A/F表示。(A：Air-空气，F：Fuel-燃料)。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。汽车发动机一般都是通过监控排放尾气中氧含量的方法监控空燃比的。若λ等于1.0，则为理论空燃比若“λ”小于1.0，则空燃比较浓（如0.90=10%偏浓）若“λ”大于1.0，则空燃比较稀（如1.10=10%偏稀）在发动机控制系统中，“λ”是一个非常便于使用的数值λ=实际空燃比理论空燃比（14.7）希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambdaλ空燃比对汽车发动机性能与排放的影响过量空气系数空燃比对汽车发动机性能与排放的影响汽车发动机是不是始终在一种空燃比下工作呢？汽车发动机的空燃比分成三类理论空燃比完全燃烧1KG汽油需要与14.7KG的空气混合，故将14.7:1称为理论空燃比。在该空燃比范围内燃烧动力输出、油耗、排放污染均达到一个比较理想的水平经济空燃比空燃比＞14.7，在该空燃比范围内燃烧完全但是速度慢，热量损失大，故动力输出较差，但是油耗污染比较低。功率空燃比空燃比＜14.7，在该空燃比范围内燃烧速度快，热量损失小，故动力输出较好，但是燃烧不完全，油耗和污染均比较高空燃比对汽车发动机性能与排放的影响相关知识着火极限值并非在任何空燃比下混合气都能够点燃，比如普通汽油发动机一般在空燃比＜9或空燃比＞22时均不能点燃，该值即称为着火极限值。但是现代发动机技术利用提高压缩比、点火能量；提高喷射压力等方法可以实现稀燃（比如有些发动机可以实现空燃比最高为30）。理论空燃比和经济空燃比的关系如果动力输出允许长期在经济空燃比下燃烧不是会更省油和更低排放吗？答案是不行，因为现代汽车的三元催化器必须长时间工作在理论空燃比范围内才可以保证其使用寿命。电控发动机的开闭环控制开环控制发动机工作中控制单元不再监控氧传感器的数据修正空燃比闭环控制发动机工作中控制单元根据氧传感器的数据修正空燃比，使其始终工作在14.7开闭环转换的条件发动机在工作中出现下列三种情况之一则退出闭环控制1.发动机未达到工作温度2.三元催化器未达到工作温度或者氧传感器本身未达到工作温度3.发动机处于急加速或者大负荷工况A/F传感器安装于三元催化器前，信号用于发动机闭环控制，现代发动机大部分采用宽域式（5线或6线）。氧传感器安装于三元催化器后，信号用于监控三元催化器的工作情况，现代发动机采用窄域式（少于5条线）现代汽车氧传感器的分类宽域氧传感器现代汽车氧传感器的分类图中所示为二氧化锆式有两组二氧化锆元件（见图中红色圆圈）测量室与空气室之间的二氧化锆元件根据两侧的氧浓度差产生信号电压。控制单元保证传感器在工作中电压保持在0.45V左右。单元泵为二氧化锆元件的反向应用，即在泵单元两侧加电压时会使氧离子产生移动，可以通过改变电流方向改变氧离子的运动方向。混合气浓时，尾气中含氧量低，测量室中氧离子向外大量扩散导致信号电压增大，控制单元为单元泵提供一个电流将氧离子泵入测量室补偿，从而保证信号电压保持在0.45V.混合气稀时则情况相反，控制单元改变通过单元泵的电流方向使测量室中多余氧离子被泵出，保持信号电压在0.45V。如此往复工作，电控单元通过监控单元泵的电流方向和大小变化监控空燃比状况进行闭环控制。现代汽车氧传感器的分类窄域氧传感器氧化锆式利用氧化锆元件内外存在氧浓度差即产生氧电离反应，即产生电动势。如果混合气稀则氧浓度差小，产生0～0.45V的电压；如果混合气浓则氧浓度差大，产生0.5～0.9V的电压。控制单元通过采集这一信号判断当前发动机混合气情况，进行闭环控制。氧化钛式利用氧化钛钛元件内外侧存在氧浓度差即产生电阻变化，混合气较浓时氧化钛电阻减小，信号电压降低；混合气较稀时氧化钛电阻增大，信号电压增大（具体电压值随车型不同有变化，本文不一一列出）。控制单元根据这一信号变化判断当前发动机混合气情况，进行闭环控制。电路图现代汽车氧传感器的分类宽域氧传感器电路图窄域氧传感器电路图宽域氧传感器除加热器电阻外无法直接测量，必须通过仪器设备进行相关知识短期燃油修正（也称燃油校正值）数据的读取：该数据必须通过解码器实现读取数据释义：该数据指控制单元在闭环控制时根据空燃比传感器的实时数据对当下喷油脉宽调整的量。一般该数据用“%”表示，正数据表示当前喷油脉宽增加（当前混合气过稀）；负数据表示当前喷油脉宽减少（当前混合气过浓）长期燃油修正（也称燃油记忆值）数据的读取：该数据必须通过解码器实现读取数据的释义：在发动机运行时，由于电子系统故障、系统部件的磨损（主要指诸如活塞环一类的机械磨损）、系统调整匹配错误、运行材料（如燃油、润滑油等）等一系列问题导致闭环控制时混合气未能达到理论空燃比，控制单元会优先进行短期燃油校正，如果燃油校正无效，则控制单元会通过调整基本喷油脉宽的方法进行修正，试图恢复理论空燃比。该数据也用“%”表示，表示方法与短期燃油修正相同。备注：喷油时间=基本喷油时间+修正喷油时间短期燃油修正一般调整修正喷油时间数据，长期燃油修正则多调整基本喷油时间。控制单元在进行闭环控制时也多是优先进行短期修正氧传感器常见故障诊断与排除一、氧传感器使用的主要事项1.宽域氧传感器工作温度在600℃，窄域氧传感器工作温度在300℃，三元催化器工作温度在300℃，故此汽车在运行中应保持排气管工作在正常温度范围内，如果有特殊要求可能造成排气管温度超标应该在相关位置安装散热器。2.带有氧传感器及三元催化器严禁使用含铅汽油，如果使用会导致三元催化器与氧传感器表面被积炭覆盖而导致失效。3.氧传感器安装必须严格安装厂家要求扭矩拧紧，另外有些厂家会要求使用唯一指定材料的垫片，故安装时应严格按照厂家要求。4.超过两个及两个以上的氧传感器，拆装时做好位置记号，避免装错。5.严禁使用清洗剂对氧传感器本体表面进行清洗。6.发动机烧机油会导致氧传感器中毒无法工作。二、氧传感器常见故障诊断与排除1.概述现代汽车随着排放法规的日益严格，对与排放有关的故障越发重视，有些车型在系统中默认排放类故障为A类故障，有些车型甚至出现排放故障时无法起动。氧传感器故障一般无法通过直接测量传感器本身进行检测，必须通过解码器读取数据流或者使用示波器进行检测。在发动机工作中与空燃比有关的所有数据、绝大部分电控部件的故障都会导致氧传感器相关数据出现异常，故检修中应该拓展思维，了解系统的构成与工作原理在维修疑难故障时是基础。我们在检修这类故障时一定要扩大自己的思路，切忌总是围绕氧传感器本身进行氧传感器常见故障诊断与排除2.与排放相关故障诊断与排除的基本思路现代汽车结构特点各有不同，故在针对排放相关故障维修中的思路和方法也会有所不同，但是我们应该总结经验，归纳出一个主线，在此基础上发散思维，使我们的维修工作更加准确快捷，以下是我的一些个人经验，供大家参考：1）氧传感器本身故障（1）无信号①氧传感器完全损坏②积炭或者铅中毒导致传感器无法监测③线路短路或断路（2）信号失准①持续提供过稀或过浓信号②信号在浓稀间变化，且无规律出现上述问题系统会纪录故障代码；有车型会退出闭环控制持续在开环下工作；控制单元会按照错误的信号进行燃油修正，导致发动机动力输出、油耗、排放出现问题。氧传感器常见故障诊断与排除2)油路故障（汽油机）（1）油压异常油压异常会导致控制单元无法准确控制发动机混合气而空燃比异常，闭环控制时控制单元会根据氧传感器反馈信号进行修正，但并非通过修正能完全解决问题。（2）喷油器密封不严对于运行时间较长、经常使用劣质油品且运行条件恶劣的车辆来讲，喷油器密封不严（俗称漏滴）是影响排放的一个常见问题。喷油器漏滴是导致燃烧不完全、积炭的一个重要因素。长期在这种情况下工作不但会导致发动机油耗增加、冒黑烟，还会导致氧传感器与三元催化器损坏。（3）喷油器堵塞喷油器部分甚至全部堵塞会导致混合气严重过稀故障。由于油路故障导致的此类问题很多时候电控单元无法通过燃油修正进行补偿，会导致发动机的动力输出、排放直接出现问题。氧传感器常见故障诊断与排除3）管路漏气现代发动机管路非常多，并且很多管路都有电磁阀控制。随着工作时间的增加、温度的频繁变化可能会导致漏气故障出现。漏气部位不同故障表现也各有不同。有些漏气可以被检测到，控制单元会增加喷油量，这时发动机动力输出会大于实际需求，出现诸如转速升高等情况，但可能不会影响氧传感器及燃油修正数据；有些漏气则无法监测到（比如空气流量计后方漏气），这时就会导致混合气过稀故障出现，这种情况通常是无法通过燃油修正进行补偿的，通常会出现怠速不稳，动力输出不足的故障。我们在检修这类故障时主要是细心与全面，每一段管路与相关控制阀都应该仔细检查，我们通常使用切断与接通管路交替进行的方法进行。氧传感器常见故障诊断与排除4）相关信号错误导致排放相关故障在发动机运行中电控单元通过相关传感器的信号确定喷油量，如果相关信号（如空气流量计信号失准等）错误会导致控制单元的空燃比控制失准。这类故障有些可以通过燃油修正补偿，有些则无法完全补偿会导致动力、油耗直接出现问题。我们在检修这类故障时应该熟悉各个数据参数的厂家标准，结合相关信号与氧传感器数据、燃油修正数据综合进行分析，最终找到根本原因。氧传感器常见故障诊断与排除2.故障案例声明：本文案例均来自互联网，本人仅负责整理.氧传感器常见故障诊断与排除1.故障现象克莱斯勒300C，行驶里程为33782Km，发动机启动后故障灯点亮，怠速工况下，发动机转速表指针在500～700r/min之间来回摆动，发动机随之抖动，加速性能有所下降，用StarScan读取故障码为P0151。2.故障诊断与排除1）故障诊断过程：利用StatScan查看故障码P0151为氧传感器电路电压低，而且为当前故障码。读取氧传感器电压，其他电压都在3.37v左右波动，而2/1O2电压在1.25V左右，很明显，2/1氧传感器电压确实偏低，我们当即判定氧传感器损坏，更换氧传感器后，再次用StarScan读取故障码，没有故障码，故障灯熄灭，试车，发动机运转平稳，故障排除。将车辆交付用户使用几天后该故障再次出现，当我们再次用检测仪读取故障码时，故障码还是P0151，读数据流也正常，但故障码为历史故障码，试车，也没什么故障，我们向用户询问故障现象是否一直有时，他想想了想说也不是，只是偶尔出现，我们这才知道那是间歇故障，那故障肯定出现在线束部分，我们对氧传感器的所有连接线束再次进行检查，当我们在晃动PCM插接器线束时，2/1O2的电压值突然发生变化，根据电路图，用万用表测量氧传感器4号端子和PCM33号端子之间的电阻，发现电阻偏高，这说明线束由虚接，仔细查看发现PCM插接器的端子推出。对其进行紧固，清除故障码，试车，故障排除。2）故障最终解决方法：用细铜丝插入PCM插接器33号端子中，确保接触良好后重新安装，进行PCM初始化。维修后该车辆截止目前行驶正常。氧传感器维修案例故障现象：别克GL8商务车行驶公里数为250000km，大雨后被水泡浸发动机经大修后机头发抖、冒黑烟，行车加速无力，严重还是一样熄火。路试约十公里左右的路程，发动机故障灯还被点亮。TECHⅡ查询故障记录有P0134（HO2S电路电压活动不足）。故障诊断与排除：A用万用表检查水温传感器、线路无异常，排除水温传感器引起的可能性。B、大修后全部各缸压力都在12kg/cm2，可以排除气缸压力不足因素引起。C、用TECHⅡ发动控制的特殊功能，查看缺火图表无缺火记录。D、TECHⅡ查看MAF数据正常。E、测得油泵压力为2.85kg/cm2属于正常油压,可排除油压调节器或油泵问题。F、因HO2S本身的失效引起，首先再次用别克专用诊断仪TECHⅡ查询有P0134（HO2S电路电压活