氧传感器在电控汽车故障检修中的应用

氧传感器在电控汽车故障检修中的应用

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随着汽车排放法规的逐渐严格和社会对汽车 排除污染控制的重视，“电喷”加三元催化器的 发动机正在我国普及。 确切地说，这种发动机采用了混合气成分的 闭环控制和三效催化反应装置的联合使用技术， 这是当今汽油机最有效的排气净化方法。 而氧传感器是实现这一闭环控制的必不可少 的重要部什。它不但对发动机排放控制起着不可 或缺的作用。 即可以通过示波器读取其波形分析判断发动机的 多种故障 在维修检测方面，氧传感器波形很像对 人体 诊断的心电图。

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氧传感器的一般作用 三效催化转化器后处理能有 效地全面净化CO、HC和 NOX这三种有害气体。但 其净化效率依赖于混合气浓 度必须保持在理论空燃比 (14.7)附近的狭小范围内。 一旦混合气体浓度偏离了这 个狭小的范围，则三效催化 转化器全面净化上述有害气 体的能力便急剧下降(见图 1)。由于混合空燃比的变化 会引排气中氧浓度相应的变 化，因此，在排气管中设置 了氧传感器。

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氧传感器的一般作用 氧传感器随时检测排气中 的氧浓度，并随时向微机 控制装置反馈信号。微机 则根据反馈来的信号及时 调整喷油量(喷油脉宽), 如信号反映混合气较浓， 则减少喷油时间；反之， 如信号反映较稀，则延长 喷油时间。从而使混合气 的空燃比始终保持在理论 空燃比始终保持在理论空 燃比附近(见图2)。这就 是燃料闭环控制或称燃料 反馈控制。

喷油量的闭环控制

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氧传感器的一般作用 常用的氧传感器有氧化锆式和 氧化钛式两种。以氧化锆式为 例，正常情况下当闭环控制时 (见图3),氧传感器的电压信 号大约在0至1 V之间波动，平 均值约450 mV。当混合气体 450 mV 浓度稍浓于理论空燃比时，氧 传感器产生约800 mV的高电 压信号；当混合气浓度稍稀于 正常的多点喷射发动机 理论空燃比时，氧传感器产生 接近100 mV的低电压信号。 氧传感器波形 因此可以说，氧传感器是一个 随时向微机反馈空燃比信息的 “通信员”。

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氧传感器对维修检测的作用 发动机闭环控制时氧传感器随时监测着排气中的 氧浓度，如果供入气缸的混合气空燃比不正常， 排气中的氧浓度亦不正常，氧传感器信号就会有 所反映。 但排气中氧浓度不仅受混合气空燃比的影响，而 且也受气缸中燃烧状况的影响。一旦燃烧不充分 或个别缸出现缺火，气缸中的部分氧“未气缸中 的部分氧“未经消化”即排出缸外，排气中的氧 浓度即会发生变化。 因此，氧传感器的信号又受燃烧状况的影响。 当然，氧传感器损坏或微机控制装置故障也会使 氧传感器信号异常。

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氧传

感器对维修检测的作用 发动机正常燃烧需要三方面条件： 1.合适的混合气空燃比； 合适的混合气空燃比； 2.足够的点火能量和适当的点火提前角； 足够的点火能量和适当的点火提前角； 3.正常的压缩压力和压缩温度。 正常的压缩压力和压缩温度 上述条件如有一条不满足，就有可能造成燃烧 不正常，进而使排气中的氧含量异常，氧传感器 的信号波形即出现异常。

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氧传感器对维修检测的作用 下列故障可导致燃烧不正常进而引起氧 传感器波形不正常： 1.点火系故障造成的燃烧不正常或缺 火：例如:某缸火花塞损坏、某缸高压分 线损坏、或分电器、分电器转子、点火 线圈等损坏。这些故障可使部分氧“不 不 经消化”即排出缸外从而使排气中的氧 经消化 含量升高。对此，可用示波器检测，以 排除这类故障的可能性或确认这类故障。

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氧传感器对维修检测的作用2.由机械原因引起的压缩泄漏使正常的压缩 比遭到破坏：例如，气门烧损、活塞环断裂或 磨损过度等造成的压缩泄漏使点火之前的压缩 温度、压缩压力不够，造成燃烧不完全甚至缺 火。这也可使部分氧“不经消化”即排出缸外 引起排气中的氧含量升高。 3.真空泄漏造成的空燃比不正常：例如进气 道、进气管上的真空软管等处存在泄漏。如果 真空泄漏使混合气空燃比达到17以上时，就可 引起因混合气过稀而发生的缺火。如此，造成 排气氧含量增高。

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氧传感器对维修检测的作用 4.各缸喷油不均衡造成的压缩比不正 常(对于多点喷射):个别缸喷油器的喷油 量过多或过少(喷油器卡在开的位置或堵 塞),造成混合气过浓或过稀，当个别缸 的混合气空燃比达到13以下或17以上时， 将可能引起缺火。亦可造成排气氧含量 异常。

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氧传感器故障波形及分析举例 个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均衡 间歇性点火系缺火故障 氧传感器配合喷油脉宽检查分析 进气真空泄漏 氧传感器良好与损坏的波形比较

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个别缸喷油器堵塞 造成各缸喷油不均衡的故障现象 怠速非常不稳 加速迟缓 动力下降 在冷启动后或重新热启动后的开环控制期 间情况稍好，一旦反馈燃油控制系统进入 闭环控制，症状就变得显著。

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——氧传感器电压波形 用示波器检测氧传感器，检测发动机在 2 500 r/min和其他稳定转速下的氧传感器 波形，以检查燃料反馈控制系统。氧传 感器在所有的转速、负荷下都显示了严 重的杂波。

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——氧传感器电压波形

个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均衡时的 氧传感器信号电压波形

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——故障分析 故障分析 严重的杂波表明排气氧不均衡或存在缺火。 这些杂波彻底毁坏

了燃料反馈控制系统对混合 气的控制能力。 通常可以采用排除其他故障可能性的方法 (即排除法)来判定喷油不均衡。包括用示波器 检查、判断点火系统和气缸压缩压力以排除其 可能性；用人为加浓或配合其他仪器等方法排 除真空泄漏的可能性。总之，对于多点喷射式 发动机，如果没有点火不良、压缩泄漏、真空 泄漏问题引起的缺火，则可假定是喷射不均衡 引起的缺火。

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——故障分析 故障分析 此例中，进一步检查了上述点火、压缩、真 空的各方面情况，结果表明可以排除这些方 面问题的可能性。因此，判断为喷油器损坏。 还应注意到，上述“在冷启动后或重新 热启动后的开环控制期间情况稍好”。这进 一步说明了有个别缸喷油器存在堵塞问题。 这是因为，在当时情况下，喷油脉宽稍长， 加浓了混合气，多少起到一些补偿作用。 当更换了好的喷油器后，故障现象消失， 波形恢复正常。

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间歇性点火系缺火故障 图示为发动 机在2 500 r/min时的氧 传感器波形。 波形反映出 点火系统存 在间歇缺火 故障。

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波形两边部分显示正常，但波形中段严重的杂 波显示燃烧极不正常甚至缺火。 如前述，虽然进入气缸的混合气空燃比没有问 题，但由于缺火时气缸内的氧“未经消化”即 排出缸外，致使氧传感器波形出现一系列的低 压尖峰，形成严重的杂波。 同时，整个波形显示燃料反馈控制系统的反应 是正常的。其原因范围可见“2”,并可按例1中 的“排除法”检查，但其数秒的间歇表明压缩 泄漏或真空泄漏的可能性较小。可对点火系做 进一步检查以确定具体故障原因。

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氧传感器配合喷油脉宽检查分析

图示为发动机 在2 500 r/min 时的氧传感器 波形和喷油脉 宽波形

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氧传感器波形显示为不正常的持续浓混合气信 号(上边波形),而微机控制系统能正确地发出较 短的喷油脉宽指令(下边波形，正常应为5 ms)试 图使混合气变稀。两个波形的关系是正确的负 反馈关系。这说明故障不在燃料反馈控制系统， 可能是燃油压力过高或喷油器存在漏油等原因。 若氧传感器波形显示为不正常的持续稀混合气 信号(低电压),而微机控制系统能发出较长的喷 油脉宽指令(例如6 ms),这两个波形的关系也是 正确的负反馈关系。这同样说明故障不在燃料 反馈控制系统，可能是燃油压力过低或喷油器 存在堵塞等原因。

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图示为发动机 在2 500 r/min 时的氧传感器 波形和喷油脉 宽波形。(浓 ( 氧传感器信号， 氧传感器信号， 长喷油脉宽信 号)

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