汽車發動機氧傳感器信號波形分析(圖)

 隨著汽車排放法規的逐漸嚴格和對汽車排氣污染控制的重視，“電噴”加三元催化器的發動機正成為普遍配置。這種發動機采用了混合氣成分的閉環控制和三元催化反應裝置的聯合使用技術，是汽油機有效的排氣淨化方法。在這一系統中，氧傳感器是進行閉環反饋控制的主要元件之一，必不可少。正常工作時，氧傳感器隨時測定發動機排氣管中的氧含量(濃度)，以檢測發動機燃燒狀況。因此，當發動機出現燃燒故障時，必然引起氧傳感器電壓信號的變化，這就為通過觀察氧傳感器的信號波形判斷發動機某些故障提供可能。很多資料顯示其效果很好。
1. 氧傳感器的一般作用
    如圖1所示，要使三元催化轉化器全面淨化CO、HC和NOX這三種有害氣體，必須保證混合氣濃度始終保持在理論空燃比(14.7)附近的狹小范圍內。一旦混合氣濃度偏離了這個狹小范圍，則三元催化轉化器淨化能力便急劇下降。保證混合氣濃度在理論空燃比附近，“電噴”系統和氧傳感器的配合是很好的解決方案。

圖1  轉換效率隨空燃比變化曲線

    氧傳感器檢測排氣中的氧濃度，並隨時向微機控制裝置反饋信號。微機則根據反饋來的信號及時調整噴油量(噴油脈寬)，如信號反映混合氣較濃，則減少噴油時間；反之，如信號反映混合氣較稀，則延長噴油時間。這樣使混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比附近(見圖2)，這就是燃料閉環控制或稱燃料反饋控制。

圖2  反饋控制原理圖

2. 氧傳感器的正常波形
    常用的汽車氧傳感器有氧化锆式和氧化钛式兩種。以氧化锆式為例，正常情況下當閉環控制時(見圖3)，氧傳感器的電壓信號大約在0至1V之間波動，平均值約450mV。當混合氣濃度稍濃於理論空燃比時，氧傳感器產生約800mV的高電壓信號；當混合氣濃度稍稀於理論空燃比時，氧傳感器產生接近100mV的低電壓信號。當然，不同類型的氧傳感器其實際波形並不完全相同。朱軍老師曾總結說：“一般亞洲和歐洲車氧傳感器(博世)信號電壓波形上的雜波要少，尤其是豐田凌志車氧傳感器信號電壓波形的重復性好，而且對稱、清楚，美國車（不是采用亞洲的發動機和電子反饋控制系統）雜波要多。”但需要指出，氧化钛型氧傳感器反饋給發動機電控單元的電壓，一般是1V范圍內變化，也有少數的是5V范圍內變化的。

 圖3  正常的多點噴射發動機氧傳感器波形