电控发动机排放系统检测与维修.docx

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电控发动机排放系统检测与维修

排放系统的检测与维修

任务一氧传感器检修

任务目标

1.氧传感器检测

2.氧传感器维修

学习目标

1.了解汽车氧传感器检测

2.掌握发动机氧传感器维修

氧传感器的作用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号。

如果废气中的氧含量高，说明混合气偏稀，氧传感器将这·信息输人发动机电控单（ECU）,ECU指令喷油器增加喷油量;如果废气中的氧含量低，说明混合气偏浓，ECU指令喷油器减少喷油量，从而实现空燃比反馈控制（也称闭环控制），帮助ECU把过量空气系数（ʵ）控制在0.98一1.02的范围内（空燃比A/F约为14.7），使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体排放量和提高燃油经济性的目的。

尾气排放系统主要由前排氧传感器、后氧传感器、三元催化器等组成。

尾气排放系统组成

氧传感器的分类

最传统的划分方式是根据材料划分，可分为氧化钦式和氧化错式两种。

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钦材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化错陶瓷管（固体电解质），也称锆管。

按照氧传感一器后面线的数量划分，可以分为2线、3线、4线、5线、6线等。

按照氧传感器信号特性划分，可以分为窄域（跃变式）、宽域（宽频带式）。

窄域氧传感器只能检测空燃比是浓了还是稀了，或者说喷油是多了还是少了但是并不知道具体浓多少、稀多少，电喷系统通过这个信号使喷油量在浓稀之间来回跳动来制空燃比在14.7附近，一般用这个就够了。

随着排放监控越来越严格，宽域传感器随之出现了，宽域氧传感器可以知道具体的空燃比，喷人气缸的油浓了多少、稀了多少，空气和燃料的具体比值。

下面就是两种信号的对比。

按照氧传感是否存在加热，可以分为加热式和非加热式。

传统氧传感器是不带加热的，目前使用的全部为带加热的,否则刚刚起动一段时间，氧传感器不能快速达到正常工作条件，是不符合国家规定的。

前氧传感器后氧传感器

进排气氧传感器安装位置

氧传感器的组成及工作原理

1.氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器，主要由氧化锆式元件、钢制保护套、铂电极和加热棒等组成。

氧传感器是根据固态电解质的氧浓度差原电池原理制成的。

发动机工作时，陶瓷锆管的表面与外界大气相通，外表面被尾气管中排放的废气包围两边氧含量浓度有差异这样在温度较高时，锆管内、外表面存在氧浓度差，氧被电离，内表面带负电荷的氧离子从大气一侧向尾气一侧扩散，结果锆管形成一个原电池，在锆管铂极间产生电压。

氧化锆为固态电解质的一种，它有一种特性就是在高温时氧离子易于移动。

此型氧传感器将氧化锆烧结成管状，并于内层与外层涂上白金（pt），这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定的，最外层则覆盖一层保护壳。

内层白金面与大气接触，所以氧气浓度高，外层白金面与排气接触，氧气浓度低。

当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地减少，因此氧化锆两侧的白金所接触到的氧气高低落差大，产生的电动势也相对高（将近1V）；;当混合比较低时，燃烧完所剩余的氧气较多，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低（将近OV）。

引擎控制计算机由此电压信号即可侦测到当时混合比的情况。

然而氧传感器须在高温才能发挥正常作用（400~900℃），因此当引擎刚开始发动时，氧传感器尚未开始作用，需等到其工作温度才开始有电动势的产生，所以之后的氧传感器皆改良成加热型，如图6-3所示，也就是利用陶瓷加热器来使得传感器能迅速达到正常的工作状态，因此目前的车型几乎可以在引擎发动30s后，汽车氧传感器即可供给计算机正确的信号，有些车型甚至可以达到更短的时间。

2.氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器主要是由氧化钛元件、钢制壳体、加热元件和电极引线等组成，如图6-4所示。

它属于N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度以及周围环境氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子浓度。

而氧化钛式氧传感器的主要区别在于，氧化锆式氧传感器是将废气中的氧分子含量的变化转换成电压的变化，而氧化钛式氧传感器则是将废气中的氧分子含量的变化转化成传感器电阻的变化。

3.宽量程氧传感器

宽量传感器

宽量程氧传感器。

它安装在三元催化转换器前，能在较宽的空燃比范围内检测尾气中的氧浓度，宽量程氧传感器主要由单元泵、能斯托单元、传感器加热器、外界空气通道、测量室和放氧通道等组成。

宽域氧传感（UniversaIExhaustGasOxygenSeas，简称UEGO）能够提供准确空燃比反馈信号给ECU，从而使ECU精确地控制喷油时间，使气缸内混合气浓度始终保持理论空燃比值。

宽域氧传感器的使用提高了ECU的控制精度，最大限度地发挥了三元催化器的作用，更加有效地降低了有害气体的排放。

宽域氧传感及其控制器的研究与开发，与当今汽车发展中的安全、环保、节能三大主题相吻介，只有一定的现实和长远意义。

氧传感器一般采用闭环控制，但是在发动机起动、怠速、加速、全负荷等工况下，发动机将不再以理论空燃比工作，而是采用开环控制方法控制。

另外当氧传感器没有达到其工作温度或出现故障时，也同样采用了开环控制方法控制。

开环、闭环的控制示意图

开环控制系统:

不将控制的结果反馈回来，影响当前控制的系统。

闭环控制系统:

可以将控制的结果反馈回来，与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统。

前氧传感器和后氧传感器的作用

前氧传感器的作用就是在闭环控制的时候，向发动机电脑反馈排放废气中的氧含量，发动机电脑根据此信号修正喷油量。

后氧传感器安装在三元催化转换器的后方，后氧传感器将三元催化转换器后方的氧含量反馈给发动机电脑，发动机电脑将两个氧传感器的信号进行对比，正常情况下前氧传感器的信号高于后氧传感器，如果两个氧传感器的信号相同，证明三元催化转换器失效。

如图A为前氧传感器，B为后氧传感器。

（a）标准波形（b）实测正确波形

前、后氧传感器波形区别图

氧传感器的检查

氧传感器的检查与维护主要检查各连接器是否松动，线路是否有老化，有无断路、短路情况，氧传感器元件是否损坏等，按照检测思路具体检查过程如下。

1）查看电路图。

丰田卡罗拉氧传感器电路图

2）检查氧传感器加热丝电阻，用万用表测量传感器B15-1与B15-2电阻在20℃时应

为5-10Ω，如不正常则应更换氧传感器。

检查氧传感器加热器电阻

检查加热型氧传感器（加热器电阻）

（1）断开加热型氧传感器连接器。

（2）根据表中的值测量电阻。

3）检查氧传感器电源，需要打开点火开关至ON位置，应在9~14V之间，若异常

则更换保险丝或维修线束。

检查加热型氧传感器（电源）

（1）断开加热型氧传感器连接器。

（2）将点火开关置干ON位置。

（3）根据下表中的值测量电压。

检查氧传感器电源

4）检查氧传感器到ECM的线束是否正常，如图6-11，6-12所示。

检查线速

检查线束和连接器（加热型氧传感器-ECM）

（1）断开加热型氧传感器连接器。

（2）断开ECM连接器。

（3）根据下表中的值测量电阻。

（4）重新连接ECM连接器。

（5）重新连接加热型氧传感器连接器。

检查氧传感器至ECM线束是否正常

5）用开口或活动扳手拆下氧传感器，检查氧传感器线束。

拆下氧传感器，检查线束

6）检查氧传感器外观，检查积碳是否堵塞氧传感器。

检查氧传感器外观，检查积碳有无堵塞氧传感器

汽车氧传感器失效的主要原因是传感元件老化和中毒。

氧传感器老化的主要原因

是传感元件局部表面温度过高。

氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中

毒。

氧传感器中毒主要是指铅中毒、硅中毒和磷中毒。

汽车氧传感器老化

在发动机利用氧传感器进行闭环柠制的过程中棍合气的空燃比总是控制在理沦空燃比附近，排气中几乎没有过剩的燃油，但是发动机刚刚起动（特别是冷车起动）之后（或大负荷状态工作时），为了快速预热发动机（或增大发动机输出功率），需要供给足够的燃油，排气中过剩的燃油就会在氧传感器的表面产生燃烧反应，一方面是形成碳粒而造成氧传感器表面的保护剥落，另一方面是使传感元件局部表而温度过高（超过1000℃）而加速传感器老化。

铅中毒

燃油或润滑油添加剂中的铅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应，导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为铅中毒。

虽然现在都使用无铅汽油，大大减少了氧传感器铅中毒的概率。

但是，由于燃油或润滑油的添加剂中含有多种铅化合物，氧传感器的铅中毒也是不可避免的。

硅中毒

发动机上的硅密封胶、硅树脂成型部件、铸件内的硅添加剂等都有硅离子，这些硅离子污染氧传感器的外侧电极，氧传感器内部端子处密封用的硅橡胶会污染内侧电极。

氧传感器的铂电极发生化学反应而导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为硅中毒。

磷中毒

在传感器表面，磷很少以纯磷状态析出，而是以某种化合物状态析出，这些磷化物污染氧传感器的现象，称为磷中毒。

磷化物的应用很广，可以用作润滑剂、防锈剂和清洗剂。

在发动机磨合期问或活塞环磨损之后，发动机润滑油添加剂中的磷化物就会窜人气缸中燃烧并随排气排出。

在低温状态下，磷化物是以微粒子状态析出井沉淀在传感器保护层的表面将气孔堵塞而导致传感器中毒；在高温状态下，磷化物会附着在氧传感器以及三元催化器表面使其受到污染。

由于氧传感器的老化和中毒是不可避兔的，所以当汽车行驶一定里程（一般为80000km）后，应当更换氧传感器〔理解汽车氧传感器工作原理，经常检查汽车氧传感器是否失效，及时更换失效的汽车氧传感器，对行车安全是一种保障，同时也能减少汽车污染物排放。

任务二三元催化的检测与维修

任务目标

1.三元催化检测

2.三元催化维修

学习目标

1.了解汽车三元催化检测

2.掌握发动机三元催化维修

三元催化器的作用

三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。

三元催化器类似消声器。

它的外面用双层不锈钢薄板制成筒形。

在双层中有绝热材料—石棉纤维毡。

内部在网状隔板中间装有净化剂。

净化剂由载体和催化剂组成。

载体一般由只氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体和网状隔板等。

催化剂实际上是催化作用的，也称为催化剂。

催化剂用的是金属铂、铭、钯。

将其中喷涂在载体上，就构成了净化剂。

三元催化器

三元催化的故障检测

1）外观检查

检查催化转化器在行驶中是否受到损伤以及是否过热。

将车辆升起之后，观察催化转化器表面是否有凹陷，如有明显的凹痕和刮擦，则说明催化转化器的载体可能受到损伤。

观察催化转化器外壳上是否有严重的褪色斑点或略有成青色和紫色的痕迹，在催化转化器防护罩的中央是否有非常明显的暗灰斑点，如有则说明催化转化器曾处于过热状态，需做进一步的检查。

用拳头敲击并晃动催化转化器，如果听到有物体移动的声音，则说明其内部催化剂载体破碎，需要更换催化转化器。

同时要检查催化转化器是否有裂纹，各连接是否牢固，各类导管是否有泄漏，如有则应及时加以处理。

此方法简单有效，可快速检查催化转化器的机械故障。

由于催化剂载体破损剥落、油污聚集，容易阻塞载体的通道，使流动阻力增大，这时可通过测量其压力损失来进行检查。

2）背压试验

在催化转化器前端排气管的适当位置上打一个孔，接出一个压力表，启动发动机，在怠速和2500r/min时，分别测量排气背压，如果排气背压不超过发动机所规定的限值，则表明催化剂载体没有被阻塞。

如果排气背压超过发动机所规定的限值，则需将催化转化器后端的排气系统拆掉，重复以上的试验，如果催化转化器阻塞，排气背压仍将超过发动机所规定的限值。

如果排气背压下降，则说明消声器或催化转化器下游的排气系统出现问题，破碎的催化剂载体滞留在下游的排气系统中，所以首先进行外观检查确认催化剂载体完整是非常必要的。

对有问题的排气管、消声器和催化转化器也可通过测量其前后的压力损失来判断。

3）真空试验

将真空表接到进气歧管，启动发动机，使其从怠速逐渐升至2500r/min，观察真空表的变化，如果这时真空度下降，则保持发动机转速2500r/min不变，且此后真空度读数明显下降，则说明催化转化器有阻塞。

因为催化转化器的阻塞在真空试验中是一个渐变的过程，而此试验是一个稳态的过程（2500r/min），真空度读数不会产生明显的下降。

如果是在试验室进行一个催化转化器阻塞前后的对比检查，催化转化器阻塞后，进气歧管真空度会发生明显下降，如果进气歧管真空度下降，并不能完全说明是由催化转化器阻塞造成的。

发动机供油量减少时，进气歧管的真空度也会下降。

因此与真空试验相比，排气背压试验更能真实反映催化转化器的情况。