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MAINTENANCE TECHNOLOGY

浅谈别克GL8氧传感器的故障诊断

中山市利得汽车销售服务有限公司    叶荣华
摘要:如果氧传感器(HO2S)工作不正常,会对汽车发动机带来耗油量大,冒黑烟造成环境污染。本文是根据自己维修别克GL8商务车氧传感器有故障时的一点心得与体会。
关键词:氧传感器(HO2S)、故障诊断

论文内容:

  1. 概述:有一辆别克GL8商务车,是上海通用2001年3月份生产,行驶公里数为250000km,因为下大雨后被水泡浸,发动机开始发抖,有冒黑烟现象,且行车加速无力,严重时还出现熄火。车主后来把车开进了维修厂,开始检测此车。初步用别克专用诊断仪TECHⅡ查询无故障记录,再依次检测气缸压力,测得第二缸与第四缸无气缸压力,检查发现是因水浸,第二缸与第四缸的气门、连杆被挺变形造成缸压不足。发动机经大修后,发动机故障仍然没有变化,同大修前一样,机头发抖、冒黑烟,行车加速同样无力,严重还是一样熄火。随后,路试约十公里左右的路程,发动机故障灯还被点亮。

二、HO2S故障分析与排除

思路分析:大修发动机后,故障现象仍然一样,机头发抖,冒黑烟,行车加速无力,甚至熄火,发动机故障灯还被点亮。于是用TECHⅡ查询故障记录有P0134(HO2S电路电压活动不足);再用TECHⅡ查看数据清单(附数据清单一份),

这里讲一下开环控制与闭环控制,这一点非常重要。空气/燃油比的变化也可以从运行模式中反映,运行模式分为两种:开环,闭环。
开环:当发动机最初的起动并以每分钟400-600RPM的速度运转时,系统处于开环。开环时ECM不使用HO2S信号,而是用发动机水温、岐管压力或进气温度等计算空燃比,用点火脉冲计算发动机速度,在未达到以下条件前是处于开环状态:

      1. HO2S输出电压改变,表明温度(≥600 °F)已足够使HO2S正常工作并向ECM发送有效信号。
      2. ECT高于设定的温度,该温度值随车型的不同而不同

   闭环:当HO2S信号、ECT及时间等要求都满足后,系统进入闭环状态,闭环是ECM根据HO2S电压变化信号调整空燃比。ECM利用HO2S不断测量废气中的O2含量,ECM可以把空燃比控制近非常理想的状态,这也是催化转换器能够最有效率的主要环节。
根据故障现象,结合自己多年维修经验,大概有以下几种情形引起:A、因为发动机水温传感器失效引起空燃比失调B、因个别气缸压力不足,造成燃烧不完全;C、高压点火及电路不良;D、空气流计失效或空气格太脏;E、油压过高;F、HO2S本身故障或三元催化器被堵。
针对故障代码(P0134),且不能进入闭环状态,我进行以下操作排除:
A因为发动机水温传感器失效引起混合比失调,造成过浓,过早损坏HO2S,用万用表检查水温传感器,各温度电阻值如下表:

从数据表明ECT是正常,再用万用表检测线路也无异常,排除水温传感器引起的可能性。
B、因个别气缸压力不足,造成各缸工作不良燃烧不完全,引起HO2S中毒失效不工作。经再检查大修后全部各缸压力,都有12kg/cm2 ,可以排除气缸压力不足因素引起。
C、因高压电路或火花塞及高压线跳火不良引起。用TECHⅡ发动控制的特殊功能,查看缺火图表相当于示波器可以判断因高压电路或火花塞及高压线引起缺火,造成工作不好;引起HO2S中断不工作,查看缺火图表无发现缺火记录可以排除。
D、因空气流量计(MAF)造成混合气过稀或过浓,使HO2S中毒不工作,用TECHⅡ查看无P0101故障代码,且数据单MAF的数据都很正常,可证明MAF工作良好。
E、因油压调节器发卡或油泵本身问题,造成管路油压过高,引起混合气过浓使HO2S中毒失效不工作。用油压表接到管路中,测得油泵压力为2.85kg/cm2属于正常油压,可排除油压调节器或油泵问题。

F、因HO2S本身的失效引起,首先再次用别克专用诊断仪TECHⅡ查询有P0134(HO2S电路电压活动不足),保持450mv左右波动,正常是在100~900mv之间变动,如下图:

初步拆开HO2S线插(如图二),用万用表检测C#脚与D#脚之间电阻为2~3欧,在开钥“ON”状态,测得加热电阻线插脚C#脚与D#脚有12V电,A#脚电脑PCM参考电压4.67V及B#脚反馈参考电压4.90V,(在断开HO2S线插状态下)都属于正常参数值,可排线路故障的因素。说明故障是由HO2S内部被中毒引起,于是更换一个新的HO2S试车,结果故障一样存在,故障现象没有解决,用TECHⅡ再看数据清单,数据仍然保持450mv左右下变动,仍处开环状态,故障问题再次陷入僵局,只好冷静再思考HO2S的原理、思路重新考虑,再仔细分析TECHⅡ的数据清单,其它感应器及执行器的数据都很正常。最后分析忽略三元催器被堵的可能性,拆除三元催器试车,机头仍然发抖,冒黑烟、熄火,也排除三元催器被堵的可能。几经周折,车间组织了几个有经验的师傅讨论、分析,确认还是出在HO2S本身出问题,再次更换一个HO2S(注:是拆其它GL8车,HO2S工作正常的)装上试车,认真观察着TECHⅡ的数据,故障问题出现转折性的变化:发动机没再发抖,冒黑烟现象消失,熄灭火不再重现,故障得以解决,数据恢复正常,心中的疑虑终于释放,原来仓库给的新HO2S是一个失效的传感器,是最终造成问题的复杂化真正远原因。

  1. HO2S的结构与原理
    1. 氧传感器(HO2S)

氧传感器(HO2S)在发动机控制系统传感器中是比较特殊的,因为它能够产生自己的电压参考信号,氧传感器通常有单线传感器、双线传感器、四线传感器。目前新型车型还有宽带氧传感器。单线传感器是位于排气歧管中以监测废气气流中的氧含量并向PCM(发动机控制电脑)提供反馈,该种传感器是经排气歧管接地(附图一)

双线传感器是有两根,第一根线是向PCM提供反馈,第二根线用于接地;四线传感器(也叫电加热式的氧传感器(HO2S)(附图二)

一根是氧传感器参考信号线,一根是氧传感器向PCM提供反馈;另外两是加热器的电源线与接地线,电加热式氧传感器升温快并能保持热态,即使在怠速时,排气歧管处于冷却状态,也保持热态,别克车型大多都属于四线氧传感器。

    1. 氧传感器的结构

氧传感器中心元件是叫做是氧化锆的陶瓷材料制成的,它有两个白金电极。一个是中心元件的内表面,另一个是中心元件的外表面。其内表面暴露于外部空气,它构成氧传感器电路的正极端(附图三)

传感器元件外表面的白金涂层暴露于废气,该废气将氧传感器加热,并保持其处于600℉的正常工作温度。它构成了氧传感器电路的负极端。由于外部空气和内部元件表面以及排出的废气与元件外部表面之间的相互影响和作用,氧传感器将产生一个电信号。
工作方式:

PCM向氧传感器施加450mv参考电压(也叫作偏压)。PCM将该电压与氧传感器所产生的电压加以比较。氧传感器产生的电压与外部空气中的含氧量和废气之差成正比(附图四)

大气中含有约21%的氧气,高客气/燃油比中的废气中几乎不含有氧气,传感器的两个表面上的氧气接触量差别越大,传感器产生的电压就越大;稀空气/燃油比,空气/燃油比中的废气含大约2%的氧气,传感器的两个表面上的氧气接触量差别越小,传感器所产生的电压越小。废气浓度高时(低于14.7: 1,空气/燃油比)电压输出高,大于450mv;当废气浓度低时(高于14.7: 1,空气/燃油比),传感器输出电压低,低于450mv。出现这些情况时,PCM会识别出这些差异并调节喷油嘴的工作状态使空气/燃油比或低或高,符合理想空燃比(14.7: 1)。在正常工作的发动机中,氧传感器的输出电压在大约在100 mv和900 mv之间波动,当PCM根据氧传感器的信号变化连续调节喷油嘴脉冲宽度时,这种波动反应了空气/燃油比的变比。
结束语:在汽车维修过程中,维修师傅应抱着小心谨慎、认真负责的态度,永不言败的心境,大胆地尝试、敢于设想分析,不要被假象迷惑,因有时我们自己不肯定自己的分析与判断,会错失发现解决问题的良机,走很多弯路,通过上述案例,我越来越认识掌握原理知识的重要性,只有我们对汽车各部分理论掌握得好,我们的维修思路才会开阔,我们维修的效率就会高、准确性也会高。
致谢:本人在写本文过程中,非常感谢得到华南理工大学交能学院老师的精心辅导,并对本文提出宝贵的意见,谨此表示衷心的谢意!
本人因水平不高、经验有限,写作时间仓促,难免有不少不足之处,恳请老师的批评指正,谢谢!

参考文献资料:
1.《上海通用汽车发动管理系统维修手册》

2.江苏科学技术出版社,鲁植雄主编《汽车故障诊断图解丛书》

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