汽车发动机电控系统原理与检修-使用与检测三元催化转化器

1.使用与维修的注意事项

现在汽车都配设了三元催化转化器。由于不能正确使用和维修，常出现三元催化转化器过早失效现象，这一方面造成了浪费，另一方面又使汽车尾气排放得不到控制，严重污染环境。在使用和维修的过程中应注意以下几个方面：

1）保持发动机良好的工作状态，即理想的空燃比和安全燃烧，避免安装前废气污染物浓度过大（CO的体积分数≥8％、CH的体积分数≥0.5％）。

2）禁止使用含铅汽油，以免降低催化剂的活性。

3）催化剂最适合的工作温度是400～800℃，不能超过1000℃，否则会促进催化剂过早老化，缩短使用寿命。

4）装用蜂巢式三元催化转化器的汽车，一般汽车每行驶80000km就应更换三元催化转化器芯体；装用颗粒式三元催化转化器的汽车，当其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应进行更换。

5）行驶时应注意避免撞击，因为三元催化转化器大多数内部都是蜂窝陶瓷形成的催化剂载体，碰撞后容易破碎，使三元催化转化器和排气系统堵塞；要避免灌水、浸水，否则将会大幅度降低三元催化转化器的净化效果。

6）尽量将热车状态的三元催化转化器远离易燃物，以免引起火灾。

2.三元催化转化器的检修

（1）技术状况检查 有无异常声响（通常由排气管接头松动、三元催化转化器损坏、催化剂更换塞松动或丢失等原因造成）；检查三元催化转化器外部有无裂纹或外壳压扁之类的外观损坏；导通三元催化转化器的排气管有无孔眼或损坏；排气尾管有无催化剂颗粒排出（颗粒式三元催化转化器特有的现象，排出颗粒则说明三元催化转化器内盛装颗粒的不锈钢篮组件碎裂）。

若发现三元催化转化器外观损坏或排气尾管排出颗粒，则均需进行维修或更换。

排气系统在发动机运转过程中发出“咯咯”的声音，检查三元催化转化器铁心是否松动。托起车辆，用橡皮锤轻敲三元催化转化器。如果三元催化转化器有“咯咯”声，心部松动，则必须更换新的三元催化转化器。

（2）功能检查 排放控制系统的其他功能正常，而汽车仍然有过浓的尾气排放，则可能是三元催化转化器的心部受到脏污。为彻底检查三元催化转化器，请按下述步骤进行：

将发动机预热到正常工作温度，使发动机以2500r/min运转30s，用高温计测量三元催化转化器前、后排气管的温度，正常的排气温度应保证三元催化转化器出气口温度比进气口温度至少高23.5℃。如果三元催化转化器对排气量影响较小或根本没有影响，则说明心部可能受了污染。

目前三元催化转化器的品牌较多，一般有整体式三元催化转化器和颗粒式三元催化转化器。颗粒式三元催化转化器当催化剂失效时，可以重新加催化剂，而整体式三元催化转化器是不可维修的，必须进行更换。

颗粒式三元催化转化器添加催化剂的步骤如下：

1）在振动器和铁皮罐安装的同时，将吸气器或真空泵的电源开关接通，这样在三元催化转化器装料口螺塞卸除后可防止催化剂颗粒外漏。在振动器和铁皮罐安装就绪后，将真空泵关闭，振动器的气源接通，此时，催化剂颗粒就开始进入铁皮罐内，约10min就可以卸空三元催化转化器。

2）填装新的催化剂颗粒时，先将铁皮罐内用过的颗粒倒出，然后装填新的催化剂颗粒。再将铁皮罐接到振动器上，接通气源和真空管路，于是催化剂颗粒从铁皮罐被吸入三元催化转化器内。

3）在新的催化剂颗粒停止流入三元催化转化器后，卸除所接的空气软管和振动器，由于真空泵的作用，催化剂颗粒不会外漏。三元催化转化器应装满，直到与装料孔平齐为止，在螺塞的螺纹上涂上一层防粘剂，然后拧在装料孔上，将真空泵卸下。

4）起动发动机，检查三元催化转化器的排料塞有无泄漏，并用红外线分析仪检查汽车的各项排放是否符合标准。

【技能训练】

项目1 桑塔纳2000GSi轿车氧传感器的检测

一、实训目的

1）熟悉氧传感器的电路。

2）掌握氧传感器的检测方法。

二、实训内容

1）桑塔纳2000GSi轿车氧传感器的检测。

2）丰田雷克萨斯LS400型轿车主、副氧传感器的检测。

三、实训器材

1）桑塔纳2000GSi或发动机试验台，丰田雷克萨斯LS400型轿车。

2）数字万用表、发光二极管、300Ω/0.25W的电阻若干，解码仪一个。

四、实训步骤

1.桑塔纳2000GSi轿车氧传感器的检测

桑塔纳2000GSi轿车使用的氧传感器G39为氧化锆式氧传感器，捷达CL、AT、GTX型较使用的氧传感器型号也是G39，其结构和连接电路如图4-16所示。

（1）测试各条线束的导通性 断开点火开关，拔下传感器插头与ECU插接器，使用数字万用表分别测量各线束间的电阻，相连导线电阻应当小于5Ω，不相连导线电阻应为无穷大，为正常，否则说明存在短路或断路故障。在试验测量中，由于测量手法、万用表本身的误差以及被测物体表面的氧化和灰尘等因素，发生几欧姆的误差属正常现象，不必拘泥于具体数字。

（2）检测加热元件的电阻 加热元件的电阻值在常温条件下是1～5Ω，温度上升很少时，电阻值就会显著增大。因此，在室温下可用万用表进行检测。检测时，拔下氧传感器线束插头，检测插头上端子1与端子2之间的电阻，电阻值在常温下应为1～5Ω。如果常温下电阻值为无穷大，则说明加热元件断路，应更换氧传感器。

（3）检测传感器的工作电压氧传感器加热元件的电压为整车电源电压，当点火开关接通，使燃油泵继电器触点接通时，加热元件的电源即被接通。检测加热元件的电压时，拔下氧传感器插头，起动发动机，检测插接器插座上端子1与端子2之间的电压，电压值应不低于11V。如果电压为0V，则说明熔丝短路或燃油泵继电器触点接触不良，分别予以检修即可。

（4）检测传感器的信号电压 检测氧传感器信号电压时，插头与插座连接，将数字万用表连接到氧传感器端子3与端子4连接导线上，接通点火开关时电压应为（0.45±0.05）V；然后，在发动机正常运转时脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，此时万用表读数应下降到0.1～0.3V；接上脱开的曲轴箱强制通风管或真空软管，再拔下冷却液温度传感器插头，而且用一个4～8kΩ的电阻代替冷却液温度传感器（或堵住空气滤清器的进气口），人为地形成浓混合气，此时，万用表读数应上升到0.8～1.0V。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气浓度。在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果在混合气浓度变化时，氧传感器输出电压不能相应地改变，则说明氧传感器有故障。此时可拆去一根大真空软管，使发动机高速运转，以清除氧传感器上的铅或积炭，然后进行测试。如果氧传感器反馈电压能按上述规律变化，则说明氧传感器良好；否则，必须更换氧传感器。

检测氧传感器的信号电压，也可将一个发光二极管和一个300Ω/0.25W的电阻串联在传感器端子3与端子4连接的导线之间进行检测。发光二极管正极连接到端子3上，发光二极管的负极经300Ω电阻连接到插接器端子4上。发动机怠速或部分负荷运转时，发光二极管应当闪烁。如果电源电压正常，发光二极管不闪烁，则说明传感器故障，应予以更换。发光二极管闪烁频率每分钟应不低于10次。如果发光二极管不亮或闪烁频率过低，则说明氧传感器加热元件失效，需更换传感器。

图4-16 氧传感器G39电路图与插头

a）连接电路 b）连接插头 1—加热线圈正极 2—加热线圈负极 3—信号电压负极 4—信号电压正极

（5）实训过程记录实训过程记录表见表4-3。

表4-3 实训过程记录表

2.丰田雷克萨斯LS400型轿车主、副氧传感器的检测

（1）主氧传感器的检测

1）电路图。主、副氧传感器的结构相同，它们都是利用氧化锆和铂制成的。氧化锆的正常工作温度在400℃以上，所以主氧传感器带加热装置，并由ECU控制工作。(www.xing528.com)

LS400型轿车主氧传感器与ECU的连接电路如图4-17所示。主氧传感器的加热装置和加热线圈由EFI主继电器供电，并由ECU控制搭铁回路，输出信号由端子OXL_l和端子OXR_l输入ECU，对发动机的空燃比进行控制。

图4-17 LS400型轿车主氧传感器与ECU的连接电路

2）检测步骤。当点火开关在ON位置时，发动机的冷却液温度和转速高于设定值，传感器的稀、浓信号会交替出现。当主氧传感器信号电压在0.35～0.7V之间变化时，会出现故障码。此时，应检查：

①ECT、ECU插接器端子HT₁和端子HT₂的搭铁电压。拆下ECT、ECU插接器，点火开关处于ON状态时，测量端子HT₁和端子HT₂与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。

②加热装置线圈的电阻。测量主氧传感器插接器端子1与端子2之间的电阻，在20℃时为5.1～6.3Ω。

③ECT、ECU插接器端子HT₁和端子HT₂的搭铁电压。当发动机预热到正常温度怠速运转时，测量ECT、ECU插接器端子HT₁和端子HT₂与搭铁之间的电压，应为0V；当发动机转速在4000r/min时，测量端子HT₁和端子HT₂与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。经以上检查，若所测量的搭铁电压不在规定范围内，则应更换主氧传感器。

（2）副氧传感器的检测

1）电路图。LS400型轿车副氧传感器与ECU的连接电路如图4-18所示。

2）检测步骤。副氧传感器用于氧含量的辅助控制，以到达精确控制空燃比的目的。

故障码27代表左列副氧传感器电路故障，故障码29代表右列副氧传感器电路故障。此时，应检查：

①ECT、ECU插接器端子OXL₂和端子OXR₂与E2之间的电压。当发动机预热到正常温度时，使发动机在4000r/min运转3min，测量插接器端子OXL₂和端子OXR₂与E2之间的电压，应在0.5V以上。

图4-18 LS400型轿车副氧传感器与ECU的连接电路

②副氧传感器电路连接若有不正常情况，应予以排除。

（3）实训过程记录实训过程记录见表4-4。

表4-4 实训过程记录表

【习题4.3】

一、填空题

1.影响三元催化转化器转化效率的最大因素有____和____。

2.在闭环控制过程中，当实际空燃比小于理论空燃比时，氧传感器向ECU输入的电压信号一般为____。

3.在三元催化转化器前、后各安装一个氧传感器的目的是____。

4.三元催化剂是____的混合物。

5.三元催化转化器是利用转化器中____将有害气体转化为无害气体。

6.氧传感器失效一般有两种原因：一是____；二是____。

二、判断题

1.测试尾气时必须把尾气分析仪的采样管插到三元催化转化器的上游。（ ）

2.三元催化转化器工作时的氧化反应会产生大量的热。（ ）

3.氧化锆式氧传感器的输出特性是在理论空燃比14.7附近有突变。（ ）

4.一般氧传感器安装在排气管处或三元催化转化器前面。（ ）

5.三元催化转化器必须定期进行维护，延长其使用寿命。（ ）

6.三元催化转化器发生破裂、失效时也会造成发动机动力性下降。（ ）

7.三元催化转化器的工作正常与否可以用尾气分析仪来测试。（ ）

8.在使用三元催化转化器来降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。（ ）

9.氧传感器失效时会导致混合气过稀，不会导致混合气过浓。（ ）

10.发动机温度过高不会损坏三元催化转化器。（ ）

11.空燃比反馈控制的前提是氧传感器产生正常信号。（ ）

12.发动机排出的废气温度大于815℃时，三元催化转化器转化效率下降。（ ）

13.当氧化锆式氧传感器内、外氧浓度差小时，两电极产生的是高电压（约1V）。（ ）

14.氧化锆式氧传感器输出信号的强弱与工作温度无关。（ ）

15.在对车辆进行排放检测前，一定要对发动机进行充分的预热。（ ）

三、问答题

1.为什么要采用三元催化剂？

2.简述氧化锆式氧传感器的工作原理。

3.简述氧传感器信号的检测内容。