基于某型號(hào)商務(wù)車的氧傳感器OBD系統(tǒng)診斷

江舟

摘 要：本論文從氧傳感器的原理出發(fā)，對(duì)具體車型的氧傳感器進(jìn)行了OBD系統(tǒng)驗(yàn)證，預(yù)防了氧傳感器故障的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：氧傳感器;OBD;故障分析

進(jìn)入21世紀(jì)以來，汽車技術(shù)獲得了快速的發(fā)展，汽車由最初單純的機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)如今集機(jī)、電、液、氣于一體的機(jī)電產(chǎn)品，汽車的各種性能也越來越完善，汽車在為我們帶來便利之時(shí)，其所造成的大氣污染也在威脅著我們的日常生活，如何降低汽車排放帶來的危害，是各大汽車生產(chǎn)廠商近年來關(guān)注的重點(diǎn)課題。

目前汽車生產(chǎn)廠商使用最多的是加裝三元催化轉(zhuǎn)換器裝置來降低廢氣中的CO、HC、NOX等有害氣體，但是三元催化轉(zhuǎn)換器只有在空燃比為14.7附近時(shí)有較高的轉(zhuǎn)換效率，增大或減少空燃比都會(huì)降低其轉(zhuǎn)換效率，一般通過加裝氧傳感器來修正噴油時(shí)間和噴油量，從而使空燃比保持在最佳范圍內(nèi)。

氧傳感器是一種用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的廢氣中氧氣含量的裝置，并向ECU發(fā)出反饋信號(hào)，使ECU控制噴油量的增減。所以氧傳感器需要安裝在排氣系統(tǒng)中，三元催化轉(zhuǎn)換器之前。根據(jù)內(nèi)部材料的不同，氧傳感器分為氧化鈦式氧傳感器和氧化鋯式氧傳感器;根據(jù)輸出信號(hào)不同，氧傳感器可以分為窄域式氧傳感器和寬域式氧傳感器兩種;按照是否需要加熱，氧傳感器分為加熱型氧傳感器和非加熱型氧傳感器兩種。但是不管那種類型的氧傳感器都依賴于內(nèi)部的敏感元件—陶瓷體，例如氧化鋯式氧傳感器中的鋯管就是多縫隙的陶瓷體。由于其材質(zhì)的特殊性，使得氧離子可以自由地通過陶瓷管。陶瓷體兩側(cè)分別與大氣和廢氣相連，而稀混合氣和濃混合氣燃燒后的廢氣中含有的氧氣濃度不一致，所以與氧含量為百分之二十一的大氣之間存在不一樣的氧濃度差，因此可以轉(zhuǎn)化成不同的電壓差，信號(hào)電壓在理論當(dāng)量空燃比（λ=1）附近發(fā)生突變，因此產(chǎn)生高低兩種電壓，氧傳感器正是這樣來判斷混合氣體的稀濃的。

在上海市崇明島，對(duì)搭載HFC4GB3-3D發(fā)動(dòng)機(jī)的某型號(hào)商務(wù)車進(jìn)行氧傳感器診斷，確保車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)能夠正確診斷出氧傳感器的問題點(diǎn)且無誤報(bào)現(xiàn)象出現(xiàn)。

1 氧傳感器診斷

由于使用燃油品質(zhì)的問題，氧傳感器會(huì)出現(xiàn)鉛中毒或者硅中毒現(xiàn)象;由于燃燒品質(zhì)問題，氧傳感器又會(huì)出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，更有甚者會(huì)出現(xiàn)陶瓷體破裂。氧傳感器的種種故障肯定對(duì)其對(duì)廢氣中的氧氣含量的檢測產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而使得電子控制單元對(duì)實(shí)際空燃比出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷，從而影響到整機(jī)性能。氧傳感器診斷就是防止這樣或者那樣的元件故障對(duì)整機(jī)性能帶來的不利影響。

1.1 氧傳感器響應(yīng)診斷數(shù)據(jù)采集

本項(xiàng)目主要考核發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫地區(qū)駕駛過程中，氧傳感器診斷系統(tǒng)在EUDC循環(huán)過程中35公里/時(shí)、50公里/時(shí)、70公里/時(shí)和100公里/時(shí)4個(gè)常用穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)的響應(yīng)診斷情況，與平原地區(qū)比較是否存在差異性，為后期的排放實(shí)驗(yàn)及失效限值的設(shè)定積累數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集需要在高溫地區(qū)進(jìn)行持續(xù)時(shí)間40分鐘的3檔80%全額轉(zhuǎn)速行駛，到達(dá)停車場后車頭緊貼停車場墻壁，讓發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升到最高，使蒸發(fā)到碳罐的油蒸汽量達(dá)到最大，然后駕駛車輛進(jìn)行基礎(chǔ)響應(yīng)診斷，觀察碳罐回油會(huì)對(duì)前氧傳感器的響應(yīng)狀態(tài)對(duì)稱性與振幅范圍產(chǎn)生怎樣的影響，采集氧傳感器響應(yīng)參數(shù)。待燃油蒸發(fā)處于正常狀態(tài)后，再次采集氧傳感器響應(yīng)參數(shù)，至少記錄3筆有效數(shù)據(jù)。對(duì)比分析高溫以及燃油大量蒸發(fā)對(duì)氧傳感器響應(yīng)特性的影響。試驗(yàn)完成后收集的數(shù)據(jù)如表1所示。

響應(yīng)診斷項(xiàng)目目前只觀測前氧傳感器的狀況，而后氧傳感器由于觸媒的轉(zhuǎn)換影響，并不會(huì)出現(xiàn)像前氧傳感器一樣的振蕩狀態(tài)。本報(bào)告將測試完整紀(jì)錄呈現(xiàn)于表1，由這些數(shù)據(jù)可以看出，在熱浸置使燃油蒸發(fā)量極大時(shí)，大量碳罐回油對(duì)響應(yīng)診斷的影響不大;在高溫地區(qū)正常行駛狀態(tài)下，氧傳感器基本響應(yīng)診斷的平均響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)率一致性較好。

1.2 Lean in PE及Rich in DFCO診斷

Lean in PE及Rich in DFCO診斷主要考核發(fā)動(dòng)機(jī)在高環(huán)境溫度駕駛過程中，減速斷油過濃、加速加濃過稀診斷能否正確進(jìn)行診斷，有無產(chǎn)生誤報(bào)的可能。診斷需要在國道上駕駛車輛，待水溫和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到診斷允許條件后，觀察氧傳感器減速斷油過濃、加速加濃過稀能否正確進(jìn)行診斷，有無產(chǎn)生誤報(bào)的可能。

標(biāo)定結(jié)果如圖1所示，結(jié)果表明在進(jìn)入DFCO時(shí)，氧信號(hào)最高為13.7mv，低于標(biāo)定限值，進(jìn)入PE時(shí)，氧信號(hào)最低為766mv，高于標(biāo)定限值，診斷系統(tǒng)不會(huì)誤報(bào)，診斷系統(tǒng)能夠正常工作，準(zhǔn)確報(bào)出診斷結(jié)果。

1.3 氧傳感器診斷結(jié)果

待上述兩項(xiàng)內(nèi)容標(biāo)定完成后方可以進(jìn)行氧傳感器診斷標(biāo)定。該項(xiàng)目需要兩步完成：1、安裝已經(jīng)確認(rèn)出現(xiàn)質(zhì)量問題的氧傳感器，且質(zhì)量問題要對(duì)最終的檢測有一定影響，當(dāng)然通過相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備模擬的形式更好，也更方便，更換的最終目標(biāo)是使得廢氣排放量超過安全閾值，此時(shí)相應(yīng)的指示燈應(yīng)該被點(diǎn)亮;2、使用完好無任何質(zhì)量問題的氧傳感器，指示燈禁止被點(diǎn)亮。標(biāo)定顯示氧傳感器診斷系統(tǒng)工作正常。

2 總結(jié)

在使用三元催化轉(zhuǎn)換器以減少排氣污染的發(fā)動(dòng)機(jī)上，氧傳感器是必不可少的器件，其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作、噴油時(shí)間和噴油量的影響很大，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)使ECU不能得到廢氣中氧濃度信息，造成發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和污染增大，因此，必須要進(jìn)行氧傳感器診斷來預(yù)防故障的發(fā)生。

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