生肖派对无限内购破解版

書名：汽車診斷技能全程圖解
作者名：周曉飛
本章字數： 4846字
更新時間： 2019-01-03 12:46:48

1.7　排放控制

1.7.1　三元催化器

三元催化器見表1-19。

表1-19　三元催化器

1.7.2　氧傳感器

1.7.2.1　氧傳感器基本結構原理

氧傳感器基本結構原理見表1-20。

表1-20　氧傳感器基本結構原理

1.7.2.2　氧化鋯式氧傳感器

氧化鋯式氧傳感器的基本元件是氧化鋯陶瓷管（固體電解質），也稱鋯管。鋯管固定在帶有安裝螺紋的固定套中，內外表面均覆蓋著一層多孔性的鉑膜，其內表面與大氣接觸，外表面與廢氣接觸。氧傳感器的接線端有一個金屬護套，其上開有一個用于鋯管內腔與大氣相通的孔；電線將鋯管內表面鉑極經絕緣套從此接線端引出。

氧化鋯在溫度超過300℃后，才能進行正常工作。早期使用的氧傳感器靠排氣加熱，這種傳感器必須在發動機啟動運轉數分鐘后才能開始工作，它只有一根接線與ECU相連。現在，大部分汽車使用帶加熱器的氧傳感器。這種傳感器內有一個電加熱元件，可在發動機啟動后的20～30s內迅速將氧傳感器加熱至工作溫度。它有三根或四根接線，一根（兩根）接ECU，另外兩根分別接地和電源。

診斷提示：

鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時發生電離。由于鋯管內、外側氧含量不一致，存在濃差，因而氧離子從大氣側向排氣側擴散，從而使鋯管成為一個微電池，在兩鉑極間產生電壓。當混合氣的實際空燃比小于理論空燃比，即發動機以較濃的混合氣運轉時，排氣中氧含量少，但CO、HC、H2等較多。這些氣體在鋯管外表面的鉛催化作用下與氧發生反應，將耗盡排氣中殘余的氧，使鋯管外表面的氧氣濃度變為零，這就使得鋯管內、外側氧濃差加大，兩鉛極間電壓陡增。因此，鋯管氧傳感器產生的電壓將在理論空燃比時發生突變：稀混合氣時，輸出電壓幾乎為零；濃混合氣時，輸出電壓接近1V。氧傳感器的電壓特性如圖1-10所示。

圖1-10　氧傳感器的電壓特性

要準確地保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實際上的反饋控制只能使混合氣在理論空燃比附近一個狹小的范圍內波動，故氧傳感器的輸出電壓在0.1～0.9V之間不斷變化（通常每10s內變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過緩（每10s少于8次）或電壓保持不變（不論保持在高電位或低電位），則表明氧傳感器有故障，需檢修。

1.7.2.3　二氧化鈦式氧傳感器

二氧化鈦式氧傳感器是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。二氧化鈦式氧傳感器的外形和氧化鋯式氧傳感器相似，在傳感器前端的護罩內是一個二氧化鈦厚膜元件，如圖1-11所示。純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導體，但表面一旦缺氧，其晶格便出現缺陷，電阻隨之減小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度不同而變化，因此，在二氧化鈦式氧傳感器內部也有一個電加熱器，以保持二氧化鈦式氧傳感器在發動機工作過程中的溫度恒定不變。

圖1-11　二氧化鈦式氧傳感器

診斷提示：

二氧化鈦式氧傳感器檢測如圖1-12所示，ECU 2#端子將一個恒定的1V電壓加在二氧化鈦式氧傳感器的一端上，傳感器的另一端與ECU 4#端子相接。當排出的廢氣中氧濃度隨發動機混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之改變，ECU 4#端子上的電壓降也隨著變化。當ECU 4#端子上的電壓高于參考電壓時，ECU判定混合氣過濃；當ECU 4#端子上的電壓低于參考電壓時，ECU判定混合氣過稀。通過ECU的反饋控制，可保持混合氣的濃度在理論空燃比附近。在實際的反饋控制過程中，二氧化鈦式氧傳感器與ECU連接的4#端子上的電壓也是在0.1～0.9V之間不斷變化，這一點與氧化鋯式氧傳感器是相似的。

圖1-12　二氧化鈦式氧傳感器檢測

1.7.2.4　寬頻氧傳感器

診斷提示：

寬頻氧傳感器與普通樣傳感器的區別有，尾氣稍微偏濃時，輸出電壓就突變為0.6～0.9V；反之尾氣變稀后，輸出電壓突變為0.1～0.3V，如果尾氣進一步增濃，氧傳感器的輸出電壓已經達到峰值測量電壓0.9V。

如果尾氣進一步變稀，氧傳感器的輸出電壓已經達到最低測量值0.1V，過濃與過稀的尾氣對普通氧傳感器已無法測量，0.1～0.9V的兩個狀態電壓信號已無法滿足對汽車排放的控制。使用催化轉換器上游的兩點式氧傳感器時，只能對廢氣成分進行定性分析，即只能區分濃混合氣（λ<1）或稀混合氣（λ>1）。因此，只圍繞λ＝1持續振蕩時，才能實現最佳的廢氣成分控制。

控制過程質量越好，控制系統通過Lambda控制器消除空燃比變化的速度越快。由于燃油提前噴射持續進行，并且氧傳感器并未直接位于燃燒室內，因此設定了一個隨控制路徑響應時間變化的最小周期。這個響應時間分別由DME控制單元的計算時間、吸氣之前的燃油提前量時間、氣缸內的保壓時間、氣體在廢氣排放系統內的流經時間和氧傳感器的響應延遲時間組成。這就意味著響應時間由發動機轉速和發動機負荷決定。為使Lambda控制器（FR）獲得恒定的振幅，對Lambda控制器所做的改進也必須進行調整。

除此之外，在混合氣從濃變稀以及從稀變濃的過程中，突然的控制變換會使得振蕩周期縮短。其只能在混合氣為14.7:1的理論空燃比下，混合氣燃燒后對排放的尾氣含氧量在比較狹窄的范圍內進行檢測，因此這是普通氧傳感器的缺陷所在。

（1）寬帶型氧傳感器　根據氧傳感器的制造材料不同，寬帶型氧傳感器可分為以ZrO2為基體的固化電解質型和利用氧化物半導體電阻變化型兩大類；根據傳感器的結構不同，寬帶型氧傳感又可分為電池型、臨界電流型及泵電池型。

寬帶型氧傳感器的基本控制原理就是以普通氧化鋯型氧傳感器為基礎擴展而來的。氧化鋯型氧傳感器有一個特性，即當氧離子移動時會產生電動勢；反之，若將電動勢加在氧化鋯組件上，即會造成氧離子的移動。根據此原理即可由發動機控制單元控制所想要的比例值。

構成寬帶型氧傳感器的組件有兩個部分，一部分是感應室；另一部分是泵氧元。感應室的一面與大氣接觸，而另一面是測試腔，通過擴散孔與排氣接觸，與普通氧化鋯傳感器一樣，由于感應室兩側的氧含量不同而產生一個電動勢。一般的氧化鋯傳感器將此電壓作為控制單元的輸入信號來控制混合比，而寬帶型氧傳感器與此不同的是，發動機控制單元要把感應室兩側的氧含量保持一致，讓電壓值維持在0.45V，這個電壓只是計算機的參考標準值，它需要傳感器的另一部分來完成。

寬帶型氧傳感器的另一部分是傳感器的關鍵部件——泵氧元，泵氧元一邊可以排氣，另一邊與測試腔相連。泵氧元就是利用氧化鋯傳感器的反作用原理，將電壓施加于氧化鋯組件（泵氧元）上，這樣會造成氧離子的移動。把排氣中的氧泵入測試腔當中，使感應室兩側的電壓值維持在0.45V。這個施加在泵氧元上變化的電壓，才是我們要的氧含量信號。如果混合氣太濃，那么排氣中含氧量下降，此時從擴散孔溢出的氧較多，感應室的電壓升高。為達到平衡發動機控制單元，增加控制電流使泵氧元增加泵氧效率，使測試腔的氧含量增加，這樣可以調節感應室的電壓恢復到0.45V。相反混合氣太稀，則排氣中的含氧量增加，這時氧要從擴散孔進入測試腔，感應室電壓降低，此時泵氧元向外排出氧來平衡測試腔中的含氧量，使感應室的電壓維持在0.45V。總而言之，加在泵氧元上的電壓可以保證當測試腔內的氧多時，排出腔內的氧，這時發動機控制單元的控制電流是正電流；當腔內的氧少時，進行供氧，此時發動機控制單元的控制電流是負電流。以上過程供給泵氧元的電流就反映了排氣中的剩余空氣含量系數（圖1-13）。

圖1-13　寬頻氧傳感器的泵電流隨過量空氣系數變化特性

診斷提示：

寬帶型氧傳感器能夠提供準確的空燃比反饋信號給ECU，ECU精確地控制噴油時間，使氣缸內混合氣濃度始終保持理論空燃比。寬帶型氧傳感器的使用提高了ECU的控制精度，最大限度地發揮三元催化器的作用，優化發動機的性能，并可節省大約15％的燃油消耗，更加有效地降低了有害氣體的排放。寬帶型氧傳感器通過檢測發動機尾氣排放中的氧含量，并向電子控制單元（ECU）輸送相應的電壓信號，反映空氣燃油混合比的稀濃。ECU根據氧傳感器傳送的實際混合氣濃稀反饋信號而相應調節噴油脈寬，使發動機運行在最佳空燃比（λ=1）狀態，從而為催化轉換器的尾氣處理創造理想的條件。如果混合氣太濃（λ<1），必須減少噴油量，如果混合氣太稀（λ>1），則要增加噴油量。

（2）寬頻氧傳感器的工作原理　利用寬頻氧傳感器（LSU）可實現恒定的氧傳感器閉環控制。寬頻氧傳感器由一個普通窄范圍濃差電壓型氧傳感器（氧化鋯參考電池、一個界限電流型氧傳感器、氧化鋯泵電池）及擴散小孔和擴散室構成（圖1-14）。需要一個專門設計的傳感器控制器來控制其正常工作。在圖1-14中傳感器控制器用A和B表示。尾氣通過擴散小孔進入擴散室，尾氣可能是濃混合氣，也可能是稀混合氣。氧化鋯參考電池感知尾氣的濃度后，產生電壓Us，根據尾氣濃度的不同，濃混合氣將產生高于參考電壓UsRef的Us，傳感器控制器將產生一個正方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵入擴散室內進行化學分解反應，在廢氣中產生水和一氧化碳及一些氧化物，附著在泵氧元的表面。在化學反應中將過多的碳氫化合物分解，從而降低了廢氣的濃度，使擴散室恢復到Us電壓為0.45V的尾氣含氧濃度的平衡狀態。相反，稀混合氣將產生低于參考電壓UsRef的Us，傳感器控制器將產生一個反方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵出擴散室。當HC燃料或氧氣被中和時，參考電池產生的電壓Us等于參考電壓UsRef，此時的泵電流Ip就反映了尾氣的濃度，傳感器控制器將泵電流Ip轉換成輸出電壓Uout，通過改變泵電流的極性（電流流動方向）與大小就可以平衡擴散室里的尾氣含氧量。如何利用這個變化的泵電流去控制發動機ECU對噴油器噴油時間的調整，是至關重要的。在控制環路中有一個DSP（數字信號處理器）電路，該電路有兩路輸出，一路將變化的泵電流信號通過放大數模轉換成線性電壓，此電壓從0.7～4V連續變化，去控制發動機ECU的空燃比調整；另一路輸出脈寬調制信號去控制COM場效應開關晶體管導通與截止時間，給加熱器提供電流，加熱氧傳感器。

圖1-14　寬頻氧傳感器工作原理示意圖

診斷提示：

①氧傳感器在尾氣中的溫度不能大于850℃。

②氧傳感器前方的排氣管及其連接部位必須保證良好的密封性，避免因空氣進入排氣系統和尾氣泄漏影響氧傳感器的調節靈敏度。

③加熱器不能加熱，就不能燒掉探頭上的積炭和殘留物，影響對排放氣體的測量準確性。

④氧傳感器要垂直于尾氣流向中，在10～2點位置之間。防止尾氣中的潮氣冷凝作用而損壞氧傳感器的內部陶瓷部分。

⑤禁止使用清洗劑、油性液體或揮發性固體，也不能使用硅密封膠。由于硅密封膠中含有醋酸，若硅密封膠應用在有機油流動的部位，其中的醋酸蒸發，進入曲軸箱，經通風系統進入氣缸，最終排入排氣系統損害氧傳感器，表現在部件頂端工作面呈現“白色”，俗稱“硅中毒”。

⑥對于V形排列的發動機，左右兩列氣缸排氣管上的氧傳感器不能裝反，同時導線電器連接不能接反。

⑦安裝前和安裝后，保護氧傳感器不受機械震動。

⑧在安裝寬帶氧傳感器時最好要在螺紋部位涂一層由石墨、玻璃膠組成的石墨懸浮液專用防黏劑，在工作中石墨被燒掉，玻璃膠保留下來，以免再次維修時造成與排氣管螺紋燒結損傷而便于拆卸。新的氧傳感器的螺紋上已經涂有這種防黏劑，保證其不得與傳感器接頭接觸。

⑨氧傳感器插座線及引出線在安裝的過程中不應處于張緊狀態，其撓度應大于15mm。防止由于引出線彎曲或者拉力作用導致的損壞。

⑩要保證插接件處的氣密性，防止濕氣與水的滲入造成腐蝕損傷或線路短路故障。

氧傳感器如果墜落到地上則不能再使用，因為其中的陶瓷絕緣體可能破裂。

1.7.3　廢氣再循環

廢氣再循環減小了一定行駛工況下的NOx排放，這可以通過再循環將廢氣送回燃燒過程實現，從而達到降低燃燒溫度（通過延遲燃油燃燒率），進而降低氮氧化物（NOx）形成的目的。當EGR閥工作時，它會使廢氣和進氣歧管相連。當需要EGR時，ECM操作EGR控制電磁閥（EGRC-電磁），允許真空到達EGR閥頂部。閥上升，廢氣可以通過再循環回到進氣歧管。當不需要EGR時，ECM切換EGR控制電磁閥，使通向EGR閥的真空管路連接到大氣，閥關閉（圖1-15）。