三效催化轉化器和氧傳感器的故障診斷

m.guilinhy.com 來源：互聯網作者：yy19820204 類別：汽車電器維修時間：2006-11-29

1.三效催化轉化器故障診斷
三效催化轉化器對發動機的排放控制具有極其重要的意義。沒有三效催化轉化器就不可能滿足歐洲排放法規。第二代車載故障診斷系統(OBD-Ⅱ)具有對三效催化轉化器進行故障診斷的功能。為了對三效催化轉化器進行故障診斷，必須在它的上游和下游各裝一個氧傳感器(圖1)。

三效催化轉化器對HC、CO和NOx的轉化效率與它的儲氧能力有關。正常運行的三效催化轉化器因其儲氧能力而使下游氧傳感器的動態響應與上游氧傳感器相比明顯差，下游氧傳感器動態響應曲線的振幅非常小。反之，如果下游氧傳感器信號電壓的波形非常接近上游氧傳感器，只不過相位略滯后(圖2)，則ECU認為三效催化轉化器效率過低。此時，在滿足下列條件的情況下ECU將設置三效催化轉化器的故障信息記錄：沒有車速傳感器、節氣門位置傳感器、燃油蒸發排放控制系統、下游氧傳感器、缺火、進氣溫度傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環閥位置傳感器、發動機冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；三效催化轉化器已準備好接受測試，即進氣溫度高于0℃，發動機冷卻液溫度高于75℃，質量空氣流量在15g/s~32g/s，發動機負荷小于滿負荷的63%且運轉平穩，發動機轉速低于4000r/min，且上述情況持續時間達4min；發動機轉速在1000r/min~3000r/min；車速在50km/h~120km/h。

2.三效催化轉化器上游氧傳感器的故障診斷
2.1　上游氧傳感器信號電壓超出可能范圍
眾所周知，氧傳感器信號電壓在空氣過量因數λ=1處發生階躍。ECU為氧傳感器提供了一個450mV電壓。在穩定工況下，如果λ＜1，則氧傳感器信號電壓約為1000mV；如果λ＞1，則此信號電壓約為100mV。如前所述，當ECU進入閉環控制后，氧傳感器信號電壓應在1000mV和100mV之間不斷地波動(圖3a)。在加速和減速工況下退出閉環控制，加速工況下混合氣加濃，該信號電壓應接近1000mV；減速工況下混合氣變稀，該信號電壓應按近100mV。如果在ECU進入閉環控制后該信號電壓保持低于175mV達15s，或者在加速工況下該信號電壓保持低于600mV達15s，則ECU認為該傳感器信號電壓偏低，不可信。如果在ECU進入閉環控制后信號電壓保持高于800mV達15s，或者在減速工況下該信號電壓保持高于110mV達15s，則ECU認為該傳感器信號電壓偏高，不可信。此時，在滿足下列條件的情況下ECU將設置上游氧傳感器信號電壓超出可能范圍的故障信息記錄：沒有節氣門位置傳感器、燃油蒸發排放控制系統、缺火、進氣溫度傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門開度在3%~40%。
2.2　上游氧傳感器信號電壓響應速度過低
如圖3b和圖3c所示，隨著氧傳感器的老化，其信號電壓響應速度越來越低，表現為動態響應曲線趨于平緩，其斜率的絕對值變小。

在ECU進入閉環控制的情況下，ECU連續監測氧傳感器一段時間(例如100s)，記錄其信號電壓，每次從低于300mV到高于600mV(混合氣從稀到濃)和從高于600mV到低于300mV(混合氣從濃到稀)跳變所經歷的時間及跳變的次數，分別求出跳變時間的平均值。如果從低到高跳變時間的平均值超過114ms或從高到低跳變時間的平均值超過99ms，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時，在滿足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓響應速度過低的故障信息記錄：沒有節氣門位置傳感器、燃油蒸發排放控制系統、缺火、進氣溫度傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門開度在3%~40%；ECU進入閉環控制至少達1min；發動機轉速在1000r/min~3000r/min；冷卻液溫度超過50℃；質量空氣流量在10g/s~30g/s。
2.3　上游氧傳感器信號電壓跳變時間比超出規定范圍
2.2中監測的信號電壓從高到低跳變時間和從低到高跳變時間之比也能反映出氧傳感器的老化。將圖3中的3條曲線進行對比可以發現，隨著氧傳感器的老化，此比值將增大。如果在閉環控制的情況下，100s的監測期間信號電壓跳變時間之比的平均值不在4和0.4之間，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時，在滿足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓跳變時間比超出規定范圍的故障信息記錄：沒有節氣門位置傳感器、燃油蒸發排放控制系統、缺火、進氣溫度傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門開度在3%~40%；發動機轉速在1000r/min~3000r/min。
2.4　上游氧傳感器信號電壓跳變頻率過低
由圖3不難看出，隨著氧傳感器的老化，信號電壓跳變的頻率逐漸減小，如果在閉環控制的情況下，100s的監測期間中信號電壓從低到高和從高到低的跳變次數均小于45次，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時，在滿足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓跳變頻率過低的故障信息記錄：沒有2.1中所列的各種故障信息記錄及該氧傳感器加熱器電路的故障信息記錄。
2.5　上游氧傳感器活性不足
如前所述，在閉環控制的情況下，氧傳感器信號電壓應在100mV~1000mV不斷地跳變，這是氧傳感器有活性的表現。如果該信號電壓穩定在450mV附近，即在400mV和500mV之間達30s以上，則不論ECU是否進行閉環控制，均表明該傳感器活性不足或信號電路為開路。此時，在滿足下列條件的情況下ECU將設置上游氧傳感器活性不足的故障信息記錄：沒有節氣門位置傳感器、燃油蒸發排放控制系統、缺火、進氣溫度傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門開度在3%~40%；發動機運轉時間超過200s。
2.6　上游氧傳感器加熱器加熱過慢
發動機起動后，氧傳感器的加熱器通電加熱氧傳感器，使它很快得到活性，也就是很快令其信號電壓或者低于300mV，或者高于600mV，而不會停留在300mV~600mV。不論ECU是否進行閉環控制，只要發動機起動后上游氧傳感器信號電壓停留在300mV~600mV的時間超出規定值(45s)，在滿足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器加熱器加熱過慢的故障信息記錄：沒有節氣門位置傳感器、燃油蒸發排放控制系統缺火、進氣溫度傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器，曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門開度在3%~40%；起動時進氣溫度低于35℃；起動時發動機冷卻液溫度低于35℃；起動時上述兩項溫度之差在6℃以內；采樣時的平均質量空氣流量小于15g/s。在有些系統中，例如BOSCH公司的Motronic系統中，ECU直接監測氧傳感器加熱器的電阻值并檢驗其可信度。
3.三效催化轉化器下游氧傳感器故障診斷
在三效催化轉化器下游加設一個氧傳感器，這是OBD-Ⅱ區別于OBD-Ⅰ的重要標志之一。下游氧傳感器的首要任務是與上游氧傳感器相配合，對三效催化轉化器進行故障監測。其次才是作為上游氧傳感器的補充，進行閉環控制。
由于三效催化轉化器對廢氣中的氧有儲存作用，下游氧傳感器的動態響應曲線自然與上游氧傳感器不同，所以故障的判別標準也有區別。
3.1　下游氧傳感器信號電壓超出可能范圍
與上游氧傳感器信號電壓過低或過高故障監測程序的差別在于，下游氧傳感器的無故障判別標準較為寬松，被判為故障的指示數值范圍更小，即信號電壓在ECU進行閉環控制情況下低于75mV達150s，才算過低；高于999mV或在減速工況下須高于200mV達105s，才算過高。
3.2　下游氧傳感器活性不足
下游氧傳感器被判為活性不足的指標數值范圍也比上游氧傳感器小。如果說上游氧傳感器信號電壓在400mV~500mV保持達30s為活性不足的話，那么下游氧傳感器信號電壓在425mV~475mV，保持100s才是活性不足。
3.3　下游氧傳感器加熱器加熱過慢
發動機起動后下游氧傳感器得到活性前所經歷的時間超過215s才算加熱器有故障。