發(fā)動機電控系統(tǒng)結構原理與檢修項目三：汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)診斷與維修3.6

任務1

進氣歧管絕對壓力傳感器檢修空氣流量傳感器檢修節(jié)氣門加速踏板位置傳感器檢修曲軸凸輪軸位置傳感器檢修溫度傳感器檢修氧傳感器檢修爆震傳感器檢修任務2

任務3

任務4

任務5

任務6

任務7

任務1

進氣歧管絕對壓力傳感器檢修空氣流量傳感器檢修節(jié)氣門加速踏板位置傳感器檢修曲軸凸輪軸位置傳感器檢修溫度傳感器檢修氧傳感器檢修爆震傳感器檢修任務2

任務3

任務4

任務5

任務6

任務7

情境描述一輛2016年款一汽大眾邁騰B7轎車，裝備CEA汽油電控發(fā)動機，報修發(fā)動機故障警告燈異常點亮。利用檢測儀器讀取故障碼為P0130，氧傳感器電路故障，請你檢測該傳感器是否損壞。你的主管把這個檢修任務分配給你，你能完成嗎？情境提示電控系統(tǒng)記憶某電子元件的故障碼，并不一定是這個元件本身損壞，也有可能是線路故障，或是其他因素導致控制模塊誤判，因此，維修技師必須掌握電子元件的檢測方法，準確診斷故障。本情境中，“氧傳感器電路故障”的原因很多：1.傳感器線路短路或斷路；2.混合氣不良造成傳感器信號超出正常范圍，控制模塊誤判；3.傳感器本身損壞；4.控制模塊損壞。檢修時根據從簡單到復雜的原則進行排除。情境導入知識目標1.能描述氧傳感器的功用、類型、結構與工作原理；2.能描述氧傳感器各端子的功用及檢測數(shù)據。技能目標1.能夠利用電路圖及檢測工具檢測氧傳感器；2.能排除簡單的電路故障及更換氧傳感器。學習目標氧傳感器（O2S）是電子控制汽油噴射系統(tǒng)進行反饋控制的傳感器，安裝于排氣管上，反饋控制也稱閉環(huán)控制。在這種控制方式中，利用氧傳感器檢測尾氣中氧分子的濃度，并將其轉換成電壓信號輸入電子控制單元。尾氣中氧分子的濃度與進入發(fā)動機的混合氣成分有關。當混合氣太稀時，尾氣中氧分子的濃度較高，氧傳感器便產生一個低電壓信號；當混合氣太濃時，尾氣中氧分子的濃度低，氧傳感器將產生一個高電壓信號。電子控制單元根據氧傳感器的反饋信號，不斷地修正噴油量，使混合氣成分始終保持在最佳范圍內。通常氧傳感器和三元催化轉換器同時使用，由于后者只有在混合氣的空燃比接近理論空燃比的狹小范圍內凈化效果才最好，因此，在此種情況下，電子控制單元必須根據氧傳感器的反饋信號，控制混合氣的空燃比更接近于理論空燃比?；局R1.氧傳感器的功用基本知識2.氧傳感器的類型、結構與工作原理（1）氧化鋯式氧傳感器圖2-6-1加熱型氧傳感器1）結構氧化鋯式氧傳感器又分為加熱型與非加熱型氧傳感器兩種，現(xiàn)代發(fā)動機上普遍采用加熱型氧傳感器（如圖2-6-1所示）。它的特點是在較低的排氣溫度下（如怠速）仍能保持工作，使用壽命可大于160,000km?；局R加熱型氧傳感器內部結構如圖2-6-2所示。氧化鋯式氧傳感器主要由氧化鋯傳感器元件、加熱棒、保護管、六角座體、導線及插頭等部件組成。圖2-6-2加熱型氧傳感器內部結構基本知識2）工作原理氧化鋯式傳感器工作原理如圖2-6-3所示。氧傳感器是按固態(tài)電解質的氧濃差原電池原理制成的。發(fā)動機工作時，陶瓷鋯管的內表面與大氣（外界空氣）相通，外表面被尾氣管中排出的廢氣包圍。兩邊的氧濃度相差懸殊。在溫度較高時，鋯管內、外表面上存在氧濃度差，氧氣發(fā)生電離，內表面（大氣側，氧濃度高）帶負電荷的氧離子從大氣一側向尾氣一側擴散，結果鋯管（固態(tài)電解質）成了一個微電池。內表面帶正電，成為正極，外表面帶負電，成為負極，在鋯管兩電極間產生電位差，兩極間的電位差便是氧傳感器的輸出信號電壓。信號電壓的高低取決于鋯管內表面（大氣）、外表面（尾氣）之間氧的濃度差。由于大氣中的含氧量比較穩(wěn)定，所以實質上取決尾氣中氧的含量。當混合氣稀時，尾氣含氧較多，兩側的濃度差小，只產生很小的電壓；當混合氣濃時，尾氣含氧較少，加之鉑電極的催化作用，兩側的濃度差急劇增大，兩電極間的電壓便突然增大。圖2-6-3氧化鋯式傳感器工作原理基本知識氧傳感器產生的信號電壓在過量空氣系數(shù)λ=1時產生突變。當λ>1（混合氣稀）時，氧傳感器輸出信號電壓幾乎為零（小于0.1V）；當λ<1（混合氣濃）時，氧傳感器輸出信號電壓接近1V（0.8～1V），如圖2-6-4所示。氧傳感器相當于一個混合氣濃稀開關。不同的氧傳感器，其輸出特性有一些差異。由于氧傳感器輸出的信號電壓隨混合氣濃度變化，混合氣?。é?gt;1），氧傳感器輸出低電壓信號（接近0V）；混合氣濃（λ<1），氧傳感器輸出高電壓信號（接近1V），氧傳感器輸出信號電壓在λ=1處發(fā)生躍變，因此，氧傳感器又稱為“λ”傳感器。圖2-6-4氧化鋯氧傳感器輸出特性基本知識氧傳感器產生的電信號輸入電子控制單元（ECU）后，在ECU輸入電路中，氧傳感器信號電壓與基準電壓（一般為0.45V）進行比較。當信號電壓比基準電壓高時，判定為混合氣過濃；當信號電壓比基準電壓低時，判定為混合氣過稀。電子控制單元借此可修正噴油時間，以使空燃比保持在理論值附近的一個狹小范圍內。當氧傳感器工作正常時，輸出電壓在高電平（0.9V）與低電平（0.1V）之間變動的頻率，每分鐘至少10次。氧化鋯式氧傳感器必須滿足：發(fā)動機溫度高于60℃；氧傳感器自身溫度高于300℃；發(fā)動機工作在怠速工況和部分負荷工況三個條件，才能正常輸出反映混合氣濃度的電壓信號?；局R二氧化鈦（TiO2）屬于N型半導體材料，其阻值大小取決于材料溫度以及周圍環(huán)境中氧離子的濃度，因此可以用來檢測排氣中的氧離子濃度。圖2-6-5氧化鈦式氧傳感器內部結構（2）氧化鈦式氧傳感器1）結構

氧化鈦式氧傳感器的外形與氧化鋯式氧傳感器相似，結構如圖2-6-5所示，主要由二氧化鈦傳感元件、鋼質殼體、加熱元件和電極引線等組成?；局R與氧化鋯（ZrO2）式氧傳感器不同的是，氧化鈦式氧傳感器不需要與大氣進行比較，因此傳感元件的密封與防水十分方便。此外，在電極引線與護套之間設置一個硅橡膠密封襯墊，可以防止水汽浸入傳感器內部而腐蝕電極。二氧化鈦是一種N型半導體材料，其阻值取決于周圍環(huán)境中氧離子濃度的大小，將其制作成管狀，以便尾氣中的氧離子能夠均勻擴散與滲透。純凈的二氧化鈦材料在常溫下呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。但當表面一旦缺氧，其晶格就會出現(xiàn)缺陷，面值隨之減小。鈦管的內表面與氧離子濃度較高的大氣相通、外表面與氧離子濃度較低的尾氣相通。在鈦管的內、外表面上覆蓋一層鉑金，并各引出一個電極，作為傳感器的信號正極與信號負極。外表面的鉑金具有催化作用，當混合氣偏濃時，由于燃燒不完全，尾氣中會剩余一定的氧氣，鉑金可使剩余氧離子與尾氣中的一氧化碳產生化學反應，生成二氧化碳，將尾氣中的氧離子進一步消耗掉，從而提高傳感器的靈敏度。鋼質殼體上制有螺紋，以便于傳感器安裝。由于氧化鈦式氧傳感器必須滿足一定的條件才能正常調節(jié)混合氣濃度，因此將其安裝在溫度較高的尾氣管上。同時，為使氧化鈦式氧傳感器迅速達到工作溫度（300℃），它采用加熱元件對二氧化鈦進行加熱。加熱元件采用熱敏電阻，其上繞有鎢絲并引出兩個電極直接與汽車電源（12～14V）相連?；局R圖2-6-6氧化鈦式氧傳感器輸出特性2）工作原理由于二氧化鈦半導體材料的電阻具有隨排氣中氧離子濃度的變化而變化的特性，因此氧化鈦式氧傳感器的信號源相當于一個可變電阻。當發(fā)動機的可燃混合氣濃度較濃（空燃比小于14.7）時，排氣中氧離子含量較小，氧化鈦管外表面氧離子很少或沒有氧離子，二氧化鈦呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，如圖2-6-6所示。當發(fā)動機混合氣濃度較稀（空燃比大于14.7）時，排氣中氧離子含量較多，氧化鈦和外表面的氧離子濃度較大，二氧化鈦呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。由此可見氧化鈦式氧傳感器的電阻將在混合氣空燃比A／F約為14.7（過量空氣系數(shù)約為1）時產生突變。基本知識從氧化鋯氧傳感器和氧化鈦氧傳感器的輸出特性可以看出，當混合氣濃度為理論空燃比時，其輸出的信號電壓由低到高或由高到低發(fā)生突變，當混合氣濃度大于或小于理論空燃比時，輸出的信號電壓變化微弱，ECU也難以識別。因此，采用普通的氧化鋯式氧傳感器和氧化鈦式氧傳感器，ECU只能根據其信號定性的判斷混合氣濃度比理論空燃比大或小，而無法定量確定混合氣濃度。在廢氣中氧濃度較高的電控柴油機以及采用稀薄燃燒技術的電控汽油機上，采用普通氧傳感器一般難以達到降低排放污染的預期目的，為此現(xiàn)代汽車上開始使用一種新型的寬量程氧傳感器（也稱寬帶氧傳感器）。邁騰寬帶氧傳感器圖3.寬量程氧傳感器圖2-6-20寬量程氧傳感器特性曲線圖寬量程氧傳感器具有如下優(yōu)點：能在λ=0.7～2.2空氣成分的寬范圍內精確地給出連續(xù)的特征變化曲線（如圖2-6-20），響應時間小于100ms；結構緊湊結實；良好的抗老化、腐蝕、沉淀、中毒等能力；對路面沖擊不敏感；雙層保護套管；使用壽命大于160,000km?；局R圖2-6-21寬量程氧傳感器內部結構（1）結構基本知識寬量程氧傳感器外形尺寸比普通的氧傳感器僅大幾毫米，內部結構如圖2-6-21所示。圖2-6-22寬量程氧傳感器組成（2）工作原理基本知識寬量程氧傳感器能夠在較寬的空燃比范圍內檢測尾氣中的氧濃度。寬量程氧傳感器以普通氧化鋯式氧傳感器為基礎擴展而來，氧化鋯式氧傳感器有一特性，即當氧離子移動時會產生電動勢，若相反將電動勢加在氧化鋯組件上，則造成氧離子的移動。寬量程氧傳感器主要由氧化鋯參考電池、氧化鋯泵電池、擴散孔、擴散室、控制器A和B等組成，如圖2-6-22所示。圖2-6-23寬量程氧傳感器工作原理基本知識氧化鋯參考電池與氧化鋯氧傳感器的工作原理相同，其功用是感知通過擴散小孔進入擴散室的廢氣中的氧濃度，并在內、外兩電極之間產生電動勢Us。氧化鋯泵電池則相當于一個氧氣泵，通過給其輸入泵電流，將廢氣中的氧“泵入”擴散室，或將擴散室中的氧“泵出”?？刂破鞯墓τ脛t是力圖使擴散室內的氧濃度保持不變，即保持氧化鋯參考電池產生的電動勢Us為0.45V（參考電壓Uu）的平衡狀態(tài)，如圖2-6-23所示。圖2-6-24混合氣較濃時寬量程氧傳感器的工作過程基本知識當混合氣較濃，廢氣中的氧濃度較小時，氧化鋯參考電池將產生高于0.45V的電動勢，單元泵以原來的工作電流工作，泵入測試室的氧量少。此時控制單元增大單元泵的工作電流，使單元泵旋轉速度增加，增加泵氧速度，單元泵泵入測試室中的氧量增加，使λ電壓值恢復到450mV。工作過程如圖2-6-24所示。圖2-6-25混合氣較稀時寬量程氧傳感器的工作過程基本知識而當混合氣較稀，廢氣中的氧濃度較大時，泵在原來的轉速下會泵入較多的氧，測試室中氧的含量較多，λ電壓值下降。加大噴油量，同時減少單元泵的工作電流。為能使λ電壓值盡快恢復到450mV的電壓值，減小單元泵的工作電流，使泵入測試室的氧量減少。單元泵的工作電流傳遞給控制單元，控制單元將其折算成電壓值信號。工作過程如圖2-6-25所示。圖2-6-26寬量程氧傳感器的輸出特性隨廢氣中的氧濃度變化，氧化鋯參考電池產生的電動勢Us變化，而要使Us保持在為0.45V的平衡狀態(tài)，所需的泵電流也隨之成正比變化，通過控制器將變化的泵電流信號轉換成連續(xù)變化的電壓信號Uo（0～5V），ECU根據此電壓信號即可確定混合氣的實際濃度。寬量程氧傳感器能夠在10～20的空燃比范圍內連續(xù)工作，輸出的信號電壓隨空燃比增大而成正比增大，其輸出特性如圖2-6-26所示?；局R圖2-6-27寬量程氧傳感器電路如圖2-6-27所示為大眾汽車寬量程氧傳感器電路圖。傳感器各接腳的功用如下表所示。（3）寬量程氧傳感器的檢測基本知識大眾汽車寬量程氧傳感器接腳功能用電壓表檢測寬量程氧傳感器的方法如下：關閉點火開關，拆開傳感器線束連接器，在傳感器側測量加熱線圈電源接腳與搭鐵接腳間的電阻值，一般為4～40Ω（具體值查閱車型維修資料）。電阻值若為無窮大，說明加熱線圈燒斷，應更換氧傳感器。打開點火開關，在線束側測量加熱線圈電源接腳與搭鐵接腳間的電壓，正常應為蓄電池電壓。寬量程氧傳感器的電流信號只能由ECU轉化為電壓值顯示出來，只能通過讀取數(shù)據塊檢測其信號電壓。寬量程氧傳感器的電壓規(guī)定值為1.0～2.0V，電壓值大于1.5V時說明混合氣過稀，電壓值小于1.5V時說明混合氣過濃，電壓值為0V、1.5V或4.9V的恒定值時都說明氧傳感器線路有故障?；局R基本知識電控汽車的自診斷系統(tǒng)（OBD-Ⅱ）為了監(jiān)測三元催化反應器的轉化效率，一般都設兩個氧傳感器。除在三元催化器的前端安裝一只氧傳感器外，在三元催化器的后端，再安裝一只氧傳感器。一般稱前者為主氧傳感器、前氧傳感器或上游氧傳感器，稱后者為副氧傳感器、后氧傳感器或者下游氧傳感器。圖2-6-7氧傳感器檢測信號波形對比4.前、后氧傳感器的監(jiān)控功能（1）前、后氧傳感器的功能監(jiān)測三元催化轉換器的轉化效率，這是OBD-Ⅱ的一項重要任務。一般