三元催化和氧傳感器故障診斷

1、1.三效催化轉(zhuǎn)化器故障診斷三效催化轉(zhuǎn)化器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制具有極其重要的意義。沒有三效催化轉(zhuǎn)化器就不可能滿足歐洲排放法規(guī)。第二代車載故障診斷系統(tǒng)(OBD-具有對(duì)三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行故障診斷的功能。為了對(duì)三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行故障診斷,必須在它的上游和下游各裝一個(gè)氧傳感器(圖1。三效催化轉(zhuǎn)化器對(duì)HC、CO和NOx的轉(zhuǎn)化效率與它的儲(chǔ)氧能力有關(guān)。正常運(yùn)行的三效催化轉(zhuǎn)化器因其儲(chǔ)氧能力而使下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與上游氧傳感器相比明顯差,下游氧傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的振幅非常小。反之,如果下游氧傳感器信號(hào)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(rèn)為三效催化轉(zhuǎn)化器效率過低。此時(shí),在滿足下列條件

2、的情況下ECU將設(shè)置三效催化轉(zhuǎn)化器的故障信息記錄:沒有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、下游氧傳感器、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、燃油調(diào)節(jié)、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)化器已準(zhǔn)備好接受測(cè)試,即進(jìn)氣溫度高于0,發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度高于75,質(zhì)量空氣流量在15g/s32g/s,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷小于滿負(fù)荷的63%且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于4000r/min,且上述情況持續(xù)時(shí)間達(dá)4min;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min3000r/min;車速在50km/h120km/h。2.三效催化轉(zhuǎn)化器上游

3、氧傳感器的故障診斷2.1 上游氧傳感器信號(hào)電壓超出可能范圍眾所周知,氧傳感器信號(hào)電壓在空氣過量因數(shù)=1處發(fā)生階躍。ECU為氧傳感器提供了一個(gè)450mV電壓。在穩(wěn)定工況下,如果<1,則氧傳感器信號(hào)電壓約為1000mV;如果>1,則此信號(hào)電壓約為100mV。如前所述,當(dāng)ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后,氧傳感器信號(hào)電壓應(yīng)在1000mV 和100mV之間不斷地波動(dòng)(圖3a。在加速和減速工況下退出閉環(huán)控制,加速工況下混合氣加濃,該信號(hào)電壓應(yīng)接近1000mV;減速工況下混合氣變稀,該信號(hào)電壓應(yīng)按近100mV。如果在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后該信號(hào)電壓保持低于175mV達(dá)15s,或者在加速工況下該信號(hào)電壓保持低

4、于600mV達(dá)15s,則ECU認(rèn)為該傳感器信號(hào)電壓偏低,不可信。如果在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后信號(hào)電壓保持高于800mV達(dá)15s,或者在減速工況下該信號(hào)電壓保持高于110mV達(dá)15s,則ECU認(rèn)為該傳感器信號(hào)電壓偏高,不可信。此時(shí),在滿足下列條件的情況下ECU將設(shè)置上游氧傳感器信號(hào)電壓超出可能范圍的故障信息記錄:沒有節(jié)氣門位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、燃油調(diào)節(jié)、噴油器、廢氣再循環(huán)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(jié)氣門開度在3%40%。2.2 上游氧傳感器信號(hào)電壓響應(yīng)速度過低如圖3b和圖3c所示,隨著氧傳

5、感器的老化,其信號(hào)電壓響應(yīng)速度越來越低,表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線趨于平緩,其斜率的絕對(duì)值變小。在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制的情況下,ECU連續(xù)監(jiān)測(cè)氧傳感器一段時(shí)間(例如100s,記錄其信號(hào)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(jīng)歷的時(shí)間及跳變的次數(shù),分別求出跳變時(shí)間的平均值。如果從低到高跳變時(shí)間的平均值超過114ms或從高到低跳變時(shí)間的平均值超過99ms,則ECU認(rèn)為該氧傳感器已老化。此時(shí),在滿足下列條件的情況下,ECU將設(shè)置上游氧傳感器信號(hào)電壓響應(yīng)速度過低的故障信息記錄:沒有節(jié)氣門位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、缺火、進(jìn)氣溫度傳

6、感器、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、燃油調(diào)節(jié)、噴油器、廢氣再循環(huán)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(jié)氣門開度在3%40%;ECU進(jìn)入閉環(huán)控制至少達(dá)1min;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min3000r/min;冷卻液溫度超過50;質(zhì)量空氣流量在10g/s30g/s。2.3 上游氧傳感器信號(hào)電壓跳變時(shí)間比超出規(guī)定范圍2.2中監(jiān)測(cè)的信號(hào)電壓從高到低跳變時(shí)間和從低到高跳變時(shí)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(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),隨著氧傳感器的老化,此比值將增大。如果在閉環(huán)控制的情況下,100s的監(jiān)測(cè)期間信號(hào)電壓跳變時(shí)間之比的平均值不在4和0.4之間,則E

7、CU認(rèn)為該氧傳感器已老化。此時(shí),在滿足下列條件的情況下,ECU將設(shè)置上游氧傳感器信號(hào)電壓跳變時(shí)間比超出規(guī)定范圍的故障信息記錄:沒有節(jié)氣門位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、燃油調(diào)節(jié)、噴油器、廢氣再循環(huán)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(jié)氣門開度在3%40%;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min3000r/min。2.4 上游氧傳感器信號(hào)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(hào)電壓跳變的頻率逐漸減小,如果在閉環(huán)控制的情況下,100s的監(jiān)測(cè)期間中信號(hào)電壓從低到高和從高到低的跳變次數(shù)均小于45次,則EC

8、U 認(rèn)為該氧傳感器已老化。此時(shí),在滿足下列條件的情況下,ECU將設(shè)置上游氧傳感器信號(hào)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(huán)控制的情況下,氧傳感器信號(hào)電壓應(yīng)在100mV1000mV不斷地跳變,這是氧傳感器有活性的表現(xiàn)。如果該信號(hào)電壓穩(wěn)定在450mV附近,即在400mV和500mV之間達(dá)30s 以上,則不論ECU是否進(jìn)行閉環(huán)控制,均表明該傳感器活性不足或信號(hào)電路為開路。此時(shí),在滿足下列條件的情況下ECU將設(shè)置上游氧傳感器活性不足的故障信息記錄:沒有節(jié)氣門位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、缺

9、火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、燃油調(diào)節(jié)、噴油器、廢氣再循環(huán)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(jié)氣門開度在3%40%;發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間超過200s。2.6 上游氧傳感器加熱器加熱過慢發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(hào)電壓或者低于300mV,或者高于600mV,而不會(huì)停留在300mV600mV。不論ECU是否進(jìn)行閉環(huán)控制,只要發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后上游氧傳感器信號(hào)電壓停留在300mV600mV的時(shí)間超出規(guī)定值(45s,在滿足下列條件的情況下,ECU將設(shè)置上游氧傳感器加熱器加熱過慢的故障信息記錄:沒有節(jié)氣

10、門位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、燃油調(diào)節(jié)、噴油器、廢氣再循環(huán)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(jié)氣門開度在3%40%;起動(dòng)時(shí)進(jìn)氣溫度低于35;起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度低于35;起動(dòng)時(shí)上述兩項(xiàng)溫度之差在6以內(nèi);采樣時(shí)的平均質(zhì)量空氣流量小于15g/s。在有些系統(tǒng)中,例如BOSCH公司的Motronic系統(tǒng)中,ECU直接監(jiān)測(cè)氧傳感器加熱器的電阻值并檢驗(yàn)其可信度。3.三效催化轉(zhuǎn)化器下游氧傳感器故障診斷在三效催化轉(zhuǎn)化器下游加設(shè)一個(gè)氧傳感器,這是OBD-區(qū)別于OBD-的重要標(biāo)志之一。下游氧傳感器的首要任務(wù)是與上游氧傳感器相配合,對(duì)三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。其次才是作為上游氧傳感器的補(bǔ)充,進(jìn)行閉環(huán)控制。由于三效催化轉(zhuǎn)化器對(duì)廢氣中的氧有儲(chǔ)存作用,下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線自然與上游氧傳感器不同,所以故障的判別標(biāo)準(zhǔn)也有區(qū)別。3.1 下游氧傳感器信號(hào)電壓超出可能范圍與上游氧傳感器信號(hào)電壓過低或過高故障監(jiān)測(cè)程序的差別在于,下游氧傳感器的無故障判別標(biāo)準(zhǔn)較為寬松,被判為故障的指示數(shù)值范圍更小,即信號(hào)電壓在ECU進(jìn)行閉環(huán)控制情況下低于75mV達(dá)150s,才算過低;高于999mV或在減速工況下須高于200mV達(dá)105s,才算過高。3.2