在利用三元催化器降低排放污染的发动机上,氧传感器是必不可少的。它的失效会造成发动机动力性、经济性的严重下降及排放超标。如果对氧传感器的工作原理不了解,就不能充分利用动态数据流功能诊断此类故障。本文以捷达王汽车为例,对氧传感器失效造成的故障进行分析。
一、氧传感器失效
一辆捷达王GTX型汽车,怠速不稳定、排气管冒黑烟、动力不足、油耗高、最高车速只能达80km/h。在汽修厂进行过多次检修,换了空气流量计、高压点火线圈、分火线、火花塞、燃油泵及燃油滤清器等配件,而故障却依然存在。笔者接车后,用发动机故障诊断仪进行了检测,并分析了动态数据流,准确地找到了故障根源——氧传感器失效,并成功地排除了这个故障。
二、氧传感器的构造原理
捷达王GTX型汽车采用AHP发动机,匹配德国Bosch公司MotronicM3.8.2控制系统。安装在前排气管中的氧传感器可监测排气中的氧气含量,并将结果及时反馈给发动机控制单元(ECU),以控制喷油器的喷油量,使混合气的浓度在怠速及部分负荷条件下,总是处于理论空燃比(A/F=14.7)附近很小范围内变化。
当混合气较稀时,则排气中氧含量高,传感器产生低电压;当混合气较浓时,则排气中氧含量低,传感器产生高电压。
氧传感器正常工作时,需要300～850℃的高温,为此在其内部装有陶瓷加热元件。该车氧传感器最佳工作温度是600℃。
三、发动机的检测与故障原因的诊断
经过对故障现象认真分析后,笔者进行了以下检测。
1.发动机的基本检测
测量各汽缸的压力,均在1080kPa以上,正常;燃油系统压力280kPa,正常;测尾气CO含量为7.5%,严重超标(正常为0.35%),说明混合气过浓。
2.读取发动机控制系统故障码
使发动机怠速、空负荷运行至正常工作温度(85℃)以上。笔者用检测仪读取故障码,读到“氧传感器不可靠信号”的故障内容,说明氧传感器或其线路有故障。为了进一步确认这一判断,笔者又使用了检测仪读取动态数据流功能。
3.读取发动机控制系统动态数据流
用发动机故障检测仪读取发动机控制系统动态数据流。
4.对动态数据流进行分析
(1)经过对数据分析后发现氧传感器工作不正常。它正常工作时会产生0.1～0.9V的变化电压信号输送给ECU。但该车实测电压为0.23V恒定不变,ECU接收这个电压信号后,判断发动机混合气过稀。所以ECU控制喷油器延长喷油时间,使喷油量增加,使混合气变浓。因为ECU得不到正常的变化信号电压的反馈,因此不能自动调节混合气空燃比,造成混合气一直处于过浓状态。所以可以证明是氧传感器的故障造成ECU不能精确地计算喷油量,导致发动机混合气过浓。
(2)发动机在怠速及部分负荷条件下,空气流量、冷却水温、转速、节气门角度同时都是影响空燃比的重要因素。但从数据的对比来看,说明它们并没有影响到ECU的正常工作(它们的实际测量值均正常)。
(3)“发动机负荷”即喷油脉宽,反映的是发动机每次喷油的持续时间。发动机在怠速及部分负荷运行时,其正常值应在1.3～2.5ms之间,数值越大说明喷油器持续喷油时间越长,喷油量就越多。该车实测值为3.5ms,所以证实了ECU控制喷油器增加了喷油量。在节气门角度2°,空气量3.0g/s正常情况下,喷油脉宽的增长,也说明了发动机进入的空气量与喷油量的实际比例小于14.7,所以产生浓混合气。
(4)由以上分析可得出：
①是氧传感器失效造成了发动机混合气过浓,使发动机工作不正常:怠速不稳、排气管冒黑烟、功率下降及油耗升高。
②未燃的汽油排入高温的三元催化转换器内,遇到空气中的氧分子就会急骤燃烧起来,使催化剂熔融,堵塞催化转换器的排气孔造成排气节流。从而造成发动机功率更加严重下降,给汽车的动力性、经济性造成极大的影响。
四、故障的检修与排除
根据以上的诊断,笔者首先检查了氧传感器的工作情况。
(1)检查基本电压将氧传感器接头拔下,用数字万用表表笔连接到插头的3和4(通向ECU的插孔)处。点火开关处于点火位置,测量电压为4.5V,正常。
(2)检查加热元件:启动发动机,用数字万用表表笔连接到插头的1和2之间测电阻,显示为O(常温下为1～5Ω)。说明加热元件已损坏。
(3)接着从排气管上拆下三元催化转换器,从其排气进口清楚地看到网状通气孔大部分已堵塞,说明转换器已损坏。将转换器内部凿空后装回排气管上,使用免拆式清洗机用除炭剂进行清洗喷油器及汽缸内积炭,使发动机在2000r/min运转了10min后,断开清洗机。再更换氧传感器和三元催化转换器。最后使用故障检测仪删除了故障码。
(4)启动发动机,怠速运转平稳,踩油门转速提升灵敏,排气管已无黑烟冒出,加速性能良好。试车后再用故障检测仪读取发动机动态数据流转速840r/min,氧传感器信号电压在0.1～0.9V之间变化,发动机负荷为2.0ms,测尾气中CO的含量为0.18%。结果显示正常,证明故障完全排除。
笔者通过对氧传感器工作原理的正确理解和对动态数据流的深入分析,准确地找到了故障原因。因此,对汽车部件(总成)工作原理的正确理解和对故障现象及数据流的正确分析是行之有效的检修手段。