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1、项目十三：发动机微 机控制排放系统的检 修（一） 项目十三 排放控制系统检修（一） 1、掌握氧传感器的作用、结构和原理； 2、掌握氧传感器的故障分析与检测方法； 3、掌握三元催化转换器的作用、结构和工作原理。 项目十三 排放控制系统检修（一） 一、氧传感器的检修 1. 作用 2. 类型 3. 结构 4. 原理 5. 特性 6. 检修 项目十三 排放控制系统检修（一） 作用 结构、原理 怠速不稳、排气 管冒黑烟且排污 超标，故障灯亮 氧传感器失效, 更换，故障排除 宁波美日MR6370A型轿车， 天津丰田8A-FE电喷发动机 技能一：故障分析 技能二：检修方法 任务载体 项目十三 排放控制系统检
2、修（一） 氧传感器氧传感器 三元催化三元催化排放性能排放性能 空燃比空燃比14.714.7 采用氧传感器的最终目的是为了提高发动机的排放性能。 1.作用 项目十三 排放控制系统检修（一） 空燃比 氧 喷油 14.7:1 如何将空燃比 控制为14.7？ ECU如何获得 空燃比信号？ 氧传感器 气 油 空燃比 修正油 氧传感器作用：检测空燃比，实现空燃比闭环控制。 项目十三 排放控制系统检修（一） 根据传感元件材料： 氧传感器有氧化锆和氧化钛型2种，其工作原理不同。目前，市场上的主要的氧 传感器都是锆系氧传感器，因为锆系氧传感器寿命较长，也相对稳定。 u 二氧化锆型（ZrO2） 锆元素工作特性：氧
3、化锆是具有传导氧离子能力的固体电解质，当温度达到300 ，氧化锆材料能够传导氧离子，从氧离子浓的一方向氧离子稀的一方流动，从 而产生电压信号。 u 二氧化钛型（TiO2） 工作原理：尾气中的氧浓度不同，传感器的电阻发生变动。 混合气浓的情况下，传感器电阻降低至1000欧姆以下。 混合气稀的情况下，传感器电阻升高至20,000欧姆以上。 2.类型 项目十三 排放控制系统检修（一） 根据结构分类： u 非加热型氧传感器（1线/2线）： 利用发动机燃烧废气余热进行加热，一般装在离发动机排气口较近的排气管上。 u 加热型氧传感器（3线/4线）： 内部设计有加热器，可利用系统供电电压强制使氧传感器加速预
4、热， 促使其快 速反映，及早实现系统的闭环控制。可以装配在距离发动机排气管远端。 根据功能或安装位置分类： u 控制用氧传感器：俗称前氧，可单独测量发动机燃烧废气中氧的浓度，生成电 压信号反馈给ECU以达到理想空燃比状态，安装在三元催化器的上游位置。 u 诊断用氧传感器：俗称后氧，安装在三元催化器下游端。控制用氧传感器（前 氧）因老化而向ECU输送的电压信号曲线会发生偏移。诊断用氧传感器（后氧 ）会检测前氧，三元催化器是否仍然处于最佳工作状态，然后ECU就可计算出 矫正偏移所需的补偿量。 项目十三 排放控制系统检修（一） 氧传感器安装位置 项目十三 排放控制系统检修（一） NTK常见外形： 德
5、尔福（DELPHI） 常见外形： 博世常见外形： 全球几大主要知名氧传感器产家： 1、德国：博世（BOSCH） 2、日本：NGK-NTK 3、美国：德尔福（Delphi） 4、日本：电装（Denso） 电装（DENSO）常见外形 ： 项目十三 排放控制系统检修（一） 不同类型的氧传感器，检测方法不同。 2线氧传感器 ECU 信号线信号线 1线氧传感器 ECU 信号线 3线氧传感器 ECU 信号线 4线氧传感器 ECU 信号线 信号线 项目十三 排放控制系统检修（一） 伸入排气管内 排气管上 3.结构及工作原理 项目十三 排放控制系统检修（一） 氧传感器的核心元件是氧 化锆管，它是一种固体电解质
6、 ，其内外表面都覆盖有多孔铂 电极和氧化铝保护层，内表面 与大气相通，外表面与尾气接 触。 尾气在与锆管的外表面接触时，尾气中的残留氧气透过铂电极和氧化铝保护 层同氧化锆接触，在一定高温下锆管内外由于氧浓差而产生电势差。当在浓 燃烧时，尾气中的氧浓度降低，氧传感器输出电压升至参考电压以上。当在 稀燃烧时，尾气中的氧浓度升高，氧传感器输出电压降至参考电压以下。 （1）氧化锆型氧传感器 项目十三 排放控制系统检修（一） 加 热 加热器：预热， 300 锆管：敏感元件 废气 大气 冷态不工作 ECU 项目十三 排放控制系统检修（一） 混合气浓，空燃比混合气浓，空燃比 小于小于14.714.7，约为，
7、约为 0.9V0.9V 混合气稀，混合气稀， 空燃比大于空燃比大于 14.7 14.7 ，约为，约为 0.1V0.1V 电压在空燃比电压在空燃比 14.7 14.7 跃变跃变 V 微电池：氧浓度差电压 无源传感器（参考电压0.45V ） 跃变跃变灵敏灵敏精确精确 废气大气 氧浓度 电压信号？ 项目十三 排放控制系统检修（一） （2）氧化钛型氧传感器 主要由二氧化钛元件、导线 、金属外壳和接线端子等组成。 当废气中的氧浓度高时，二 氧化钛的电阻值增大；反之，废 气中氧浓度较低时二氧化钛的电 阻值减小，利用适当的电路对电 阻变量进行处理，即转换成电压 信号输送给ECU，用来确定实际 的空燃比。 1
8、-二氧化钛元件 2-金属外壳 3-陶瓷 绝缘体 4-接线端子 5-陶瓷元件 6- 导线 7-金属保护套 项目十三 排放控制系统检修（一） 氧化钛型氧传感器的工作原理： 项目十三 排放控制系统检修（一） （3）宽频氧传感器 项目十三 排放控制系统检修（一） 项目十三 排放控制系统检修（一） 泵入混合气过浓时，泵氧单元以原来的工作电流工作，测试室的 氧含量减少，氧传感器感应室电压值超过450mv。 控制单元增大泵氧单元的工作电流，使泵氧单元旋转速度增加， 增加泵氧速度。泵氧单元泵入测试室中的氧量增加，使感应室电压值 恢复到450mv。控制单元根据增加的电流（折算成电压值）减少喷油量 。 混合气过稀
9、时，泵在原来的工作电流下会泵入较多的氧，测试室 中氧的含量增加，氧传感器感应室电压值低于450mv。 控制单元减小泵氧单元的工作电流，使泵氧速度减小。泵氧单元 泵入测试室中的氧量减少，使感应室电压值恢复到450mv。同时控制单 元根据减少的电流（折算成电压值）增加喷油量。 宽频氧传感器工作原理： 项目十三 排放控制系统检修（一） 泵送电流与过量空气系数的关系 监测灵敏度更高 宽频氧传感器一般都用在稀薄燃 烧发动机中，在全空燃比范围内 (=0.74.0)起作用。 控制精确度更高（比较） 传统氧传感器只能反映混合气的 浓稀，而它能精确反馈空燃比，最大 限度的发挥三元催化器的作用，降低 有害气体的排
10、放。 宽频氧传感器特点： 项目十三 排放控制系统检修（一） 低频脉冲 直流电压档， 观察信号跳动 评价氧传感器性能的三大指标： 最大：近1V 最小：近0V 变化次数：一般10s变化不少于8次（2500r/min） 氧传感器的信号波形氧传感器的信号波形（2500r/min） 4.特性 项目十三 排放控制系统检修（一） 氧化锆氧传感器信号特征： 废气中氧的含量氧传感器输 出信号电压 判断混合气状况 低0.45V浓 高0.45V稀 项目十三 排放控制系统检修（一） 氧传感器ECU喷油器 空燃比闭环 控制的条件 发动机怠速和部分负荷 发动机温度高于60 氧传感器温度高于300 项目十三 排放控制系统检
11、修（一） 空燃比 燃烧过程 内因：氧传感器 外因：O2浓度差 氧传感器信号的影响因数分析 ： 氧 传 感 器 信 号 氧传感器信号不仅反映氧传感器性能，同时反映发动机 的工作状态。 项目十三 排放控制系统检修（一） 积碳 故障 氧传感器失效 污染增大、动力性污染增大、动力性 下降、经济性下降下降、经济性下降 ECUECU点亮故障灯点亮故障灯 解除闭环控制解除闭环控制 积碳积碳 劣质油 冷却液 含硅垫 机械 外力 超期 使用 破碎破碎其它其它 使用含 铅汽油 硅中毒硅中毒铅中毒铅中毒通气孔脏堵通气孔脏堵 灰尘 机油 正确使用 5.故障检修 项目十三 排放控制系统检修（一） 加热器电源加热器电源
12、加热器控制加热器控制 步骤1：读资料，识别电路 氧传感器连接器图 信信 号号 线线 路路 信信 号号 线线 路路 项目十三 排放控制系统检修（一） 步骤2：分析故障点 线路线路 项目十三 排放控制系统检修（一） 步骤3：检测方法 氧传感器检测 加热器信号电路 万用表 示波器 解码器 项目十三 排放控制系统检修（一） 线路电压：起动 12VV 加热器电阻：室温 15 ECU Y 良好 Y 线路 N 良好 Y N 维修 更换 N 项目十三 排放控制系统检修（一） 连线动态测量（万用表）： V 01V 10s内不少于8次 0.7V1.0V 波动次数 变化范围 过浓 过稀 0.1V0.3V 条件：热机
13、，2500r/min 项目十三 排放控制系统检修（一） 氧传感器的信号波形氧传感器的信号波形（2500r/min）氧传感器的信号波形氧传感器的信号波形（怠速）速） 频率转速 项目十三 排放控制系统检修（一） 断线动态测量 条件：热机，2500r/min V 过浓或过稀，信号 电压是否有变化。 良好 Y 传感器 故障 N 点火ON，线路0.45V 线路/ECU N 良好 Y 项目十三 排放控制系统检修（一） 步骤4：排除 拆下氧传感器 破损更换 淡灰 正常 白色 硅污 棕色 铅污 更换 排除积碳故障 黑色 积碳 更换 观察、判断 找根本，排故障 重查 项目十三 排放控制系统检修（一） 辨别氧传感
14、器中毒 正常 特征：保护管无残留，颜色呈暗灰色 机油污染 特征：保护管表面覆上一层黑色油状的沉积物。 成因：燃油添加剂或机油进入发动机进行燃烧 硅中毒 特征：保护管沉积物颜色介于亮白色和颗粒状的浅灰色之间。 成因：硅化合物存在于一些密封材料、润滑剂及防冻剂中的腐蚀抑制成分。 铅中毒 特征：保护管表面有发亮的生锈层。 成因：使用含铅汽油。大多数的氧传感器经过含铅汽油的侵蚀后，使用里程数 会急剧下降。 防冻剂污染 成因：防冻剂从气缸盖处泄露至发动机，进行燃烧。 项目十三 排放控制系统检修（一） 车型：宁波美日MR6370A型轿车，装用天津丰田8A-FE电喷发动机。 故障：发动机怠速不稳、排气管冒黑
15、烟且排污超标，故障灯亮起。 诊断：故障代码21。起动待发动机温度上升为60以上时，用万用 表检测氧传感器的输出信号，始终为0.7V。拔下一根发动机的真 空管，使混合气变稀，再堵住空气滤清器，使混合气变浓，输出 电压还是0.7V不变，说明氧传感器损坏。 修复：拆下氧传感器，顶尖呈棕色状（铅中毒），更换后试车，故 障灯熄灭，故障排除。 分析：使用含铅汽油，汽油中的铅造成氧传感器失效。ECU不能实行 空燃比闭环控制，造成怠速时混合气较浓。 案例1：氧传感器铅中毒 案例分析 项目十三 排放控制系统检修（一） 车型：奔驰S350 故障：怠速抖动，急加速不良 检查： （1）读故障码：24-氧传感器故障 （
16、2）检测氧传感器：4线。 加热元件电阻为7欧，电压为13.7V，正常 信号始终为0.1-0.2V，没有变化，不正常 氧传感器至控制单元无断路、短路，正常 （3）检查进气系统，发现真空管老化脱落。 （4）检查点火系统，发现高压正常，点火延续时间过短，发现火花塞型 号不符合要求，更换真空管和火花塞后恢复正常。 分析：真空管老化脱落和点火不可靠，排气中的氧多，氧传感器信号持 续偏低。 案例2：氧传感器“虚假”故障 案例分析 项目十三 排放控制系统检修（一） 二、三元催化转化与闭环控制系统 项目十三 排放控制系统检修（一） 汽车排放控制技术的发展过程 年份技术术措施 19661973曲轴轴箱强制通风风系统统，废废气再循环环系统统，空气喷喷射净净化 19741979改进进化油器，无触点点火，使用并改进进催化剂剂 19801983 反馈馈（闭环闭环 ）系统统，进进一步改进进化油器和催化剂剂（包括三效催化 剂剂），改进发动进发动 机，挥发挥发 性排放物控制 19841993 发动发动 机
