氧化鋯式氧傳感器在汽車廢氣檢測中的應用

氧化鋯式氧傳感器在汽車廢氣檢測中的應用

氧氣傳感器的功能是檢測氧氣含量，然后及時向車輛控制單元報告檢測結果，實現對噴油量的封閉環(huán)控制，并將混合氣控制在理論上的空燃比附近。三元一改轉化器發(fā)揮最大作用，實現最高的廢水處理率，降低中污染地區(qū)的一氧化碳（co）、碳氫化合物（hc）和氮氧化合物（nox）的排放量。在大眾轎車上大多采用氧化鋯式氧傳感器。1氧化鋯陶瓷載體在大氣和外鉑層中的電勢差變化氧化鋯式氧傳感器的結構如圖1所示。氧化鋯固體電解質被燒結成管狀,并在內層與外層涂上一層很薄的、可透氣的鉑。鉑層一方面起到催化作用,另一方面作為物理電極。內鉑層與大氣接觸,氧氣濃度高;外鉑層與廢氣接觸,氧氣濃度低。根據能斯托原理,當氧化鋯式氧傳感器被加熱到一定溫度(300℃以上)時,氧化鋯陶瓷載體會吸收周圍的氧氣并將其電解,當氧化鋯陶瓷載體兩側氧離子含量不同時,就會在兩側的鉑層上產生電勢差,電勢差的大小由兩側的氧氣濃度差決定。大氣中氧氣濃度為常數,當混合氣較濃時,廢氣中氧氣濃度較低,氧化鋯陶瓷載體兩側的氧氣濃度差大,所產生的電勢差大;當混合氣較稀時,廢氣中氧氣濃度較高,氧化鋯陶瓷載體兩側的氧氣濃度差小,所產生的電勢差小。2氧傳感器的輸出電壓圖2為氧化鋯式氧傳感器的特性曲線,由圖可知,當混合氣在理論空燃比(λ=1)時,氧傳感器輸出電壓為0.45V;當混合氣過稀(λ>1)時,氧傳感器輸出電壓接近0V;當混合氣過濃(λ<1)時,氧傳感器輸出電壓接近1V。發(fā)動機正常工作時,氧傳感器輸出電壓在0.3V～0.7V變化,且在10s內數值變化應超過8次。若氧傳感器的輸出電壓始終大于0.45V,發(fā)動機控制單元會判定混合氣偏濃,從而減少噴油量;若氧傳感器的輸出電壓始終小于0.45V,發(fā)動機控制單元會判定混合氣偏稀,從而增加噴油量。3元催化轉化器氧傳感器的標準波形當發(fā)動機處在以下情況時,氧傳感器不對噴油量進行閉環(huán)控制:冷車剛起動時;發(fā)動機冷卻液溫度較低時;急加速時;減速斷油時;大負荷狀態(tài)時;氧傳感器未達到正常工作溫度時。對氧傳感器的檢測有以下3種方法。待發(fā)動機達到正常工作溫度時,保持其轉速在2500r/min,且維持2min以上,然后依據圖3,將萬用表跨接在端子T4ac/4與端子T4ac/3之間,測量氧感器的輸出電壓,其值應在0.1V～0.9V變化。該方法最為直觀,因為在不同的發(fā)動機轉速下所測得的氧傳感器的波形是有所不同的。將示波器的正極與端子T4ac/3連接,負極與端子T4ac/4連接,當氧傳感器正常工作時,其波形的最高峰值電壓應高于600mV,最低峰值電壓應低于200mV。圖4和圖5分別為發(fā)動機轉速在2000r/min和800r/min時氧傳感器的標準波形。先用VAS5051B檢查三元催化轉化器前的氧傳感器加熱器。選擇01-034組數據,檢查數據顯示區(qū)域(圖6)里氧傳感器加熱器的加熱溫度(第2行)是否正常。如果加熱溫度未達到規(guī)定值,斷開點火開關,拔下三元催化轉化器前的氧傳感器的4端子導線連接器,用萬用表檢查端子T4ac/2與端子T4ac/1之間的導通性,其在室溫下的電阻為2Ω～10Ω;若導通性正常,再檢查其供電電壓是否為11.5V～14.5V。如果加熱溫度正常,讀取01-032組數據,檢查數據顯示區(qū)域(圖7)里怠速狀態(tài)氧傳感器學習值(第1行)和部分負荷狀態(tài)氧傳感器學習值(第2行)是否正常。若學習值過低,說明混合氣太濃,可能的原因有:機油被稀釋;噴油器泄漏;燃油壓力太高;活性炭罐電磁閥永久性打開;空氣質量或進氣壓力傳感器故障;氧傳感器加熱器電路故障或氧傳感器太臟。若學習值過高,說明混合氣太稀,可能的原因有:有未經空氣質量傳感器的空氣參與燃燒;噴油器堵塞;空氣流量或進氣歧管絕對壓力傳感器故障;燃油壓力太低;排氣支管漏氣;氧傳感器加熱器電路故障或氧傳感器太臟。4氧傳感器檢測著力一輛昊銳1.8T轎車,行駛里程約為26萬km,在做了維護2天后,駕駛人反映尾氣排放燈點亮。連接VAS5051B,接通點火開關,讀取的故障代碼為P0171,其含義為“燃油調整,氣缸列1系統(tǒng)過稀”?？紤]到該故障代碼與氧傳感器有關,于是查看氧傳感器的相關數據流(圖8)。由故障代碼與數據流可知發(fā)動機進氣量與燃油噴射量不匹配,混合氣過稀,氧傳感器一直向偏濃方向修正,平均噴油時間(1.28ms)和氧傳感器怠速學習值(6.9%)均超出規(guī)定值。經分析,可能的故障原因有:燃油壓力不正常,高壓系統(tǒng)壓力偏低;噴油器堵塞,噴油霧化不好;燃油品質異常,汽油雜物偏多;進氣系統(tǒng)存在微量的泄漏。首先測量燃油壓力,怠速時低壓燃油的壓力為6.1bar(1bar=100kPa),高壓燃油的壓力為50bar,正常;然后檢測汽油濾清器中的燃油品質,發(fā)現燃油的顏色異常,于是懷疑故障是由燃油品質問題所致,對燃油油路及油箱進行清洗,并更換汽油濾清器,然后重新加注燃油及燃油添加劑后交車。不料2天后,駕駛人反映尾氣排放燈再次點亮。連接VAS5051B,讀取01-032組數據,發(fā)現部分負荷狀態(tài)氧傳感器學習值為26.6%,遠超出規(guī)定范圍(-10%～10%)。進入01-107組進行發(fā)動機測試,結果顯示系統(tǒng)異常。拆下噴油器,發(fā)現油污和積炭較多。更換噴油器后進行發(fā)