氧傳感器的故障檢查及排除

王 惠

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)治 046011）

0 引言

在電控發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)中，氧傳感器的地位不容忽視，它是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。若氧傳感器有所損壞，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的排放超標(biāo)、加速無(wú)力等故障現(xiàn)象。但氧傳感器的檢測(cè)卻是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，本文就以上問(wèn)題針對(duì)常用的氧化鋯式氧傳感器的故障檢查及排除，介紹一些自己在實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。

1 氧化鋯式氧傳感器的工作原理

氧化鋯式氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體(二氧化鋯（ZrO2）固體電解質(zhì)),該陶瓷體制成試管式的管狀，故稱鋯管。鋯管內(nèi)外表面均覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極，它被固定在帶有安裝螺釘?shù)墓潭ㄌ字?。鋯管?nèi)表面電極與大氣相通，外表面則與廢氣接觸。因?yàn)殇喒艿奶沾审w為多孔體，這樣氧氣便可以滲入該多孔體固體電解質(zhì)內(nèi) 。排氣管中溫度較高時(shí)，導(dǎo)致氧氣發(fā)生電離，只要鋯管內(nèi)外側(cè)氧含量不一樣，存在氧濃度差，則氧離子將在固體電解質(zhì)內(nèi)部從大氣一側(cè)向廢氣一側(cè)擴(kuò)散，在鋯管鉑極間產(chǎn)生電壓，形成鋯管微電池。混合氣稀時(shí)（排氣中氧含量高），內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差小，所以產(chǎn)生的電壓較低；當(dāng)混合氣濃時(shí)（排氣中氧含量低），此時(shí)排氣中CO、HO、H2的含量較多，這些成分由于鋯管外表面鉑的催化作用，與氧氣發(fā)生反應(yīng)，使鋯管外側(cè)氧濃度幾乎變成零，從而使得鋯管內(nèi)、外兩側(cè)的氧濃度差迅速增大，鋯管兩極間產(chǎn)生的電壓也隨之突然增大。

氧化鋯式氧傳感器產(chǎn)生的電壓在過(guò)量空氣系數(shù)λ＝1(理論混合氣)時(shí)產(chǎn)生突變，λ＞1（稀混合氣）時(shí)，輸出電壓接近零，λ＜1（濃混合氣）時(shí)， 輸出電壓接近1V。因此氧傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣閉環(huán)控制過(guò)程中，就相當(dāng)于一個(gè)濃度開(kāi)關(guān)，可以將混合氣空燃比的變化轉(zhuǎn)化為寬度變化的電脈沖信號(hào)輸入ECU，ECU則根據(jù)氧傳感器反饋信號(hào)，控制噴油量，使排氣中有害氣體的成分減到最少。

2 檢查氧傳感器的加熱線電壓

通常情況下氧傳感器有1線、2線、3線、4線4種。目前大多數(shù)電控汽車(chē)中都采用3線或4線加熱式氧傳感器。所以，首先要檢查加熱線的電壓是否正常，也就是在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通時(shí)或在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后應(yīng)得到12V的加熱電壓。若沒(méi)有測(cè)得加熱電壓，就必須對(duì)照電路圖檢查氧傳感器的實(shí)際電路。

3 檢查氧傳感器的內(nèi)加熱電阻

若測(cè)得正常加熱線電壓，下一步就應(yīng)檢查其內(nèi)加熱電阻的好壞。正常值通常應(yīng)為幾歐姆，若測(cè)得加熱電阻為無(wú)窮大或?yàn)榱?，說(shuō)明電阻出現(xiàn)了斷路或短路，則需更換新的氧傳感器。

4 檢查接地線

對(duì)于1線式的氧傳感器，它可以靠本身與排氣管構(gòu)成接地回路，而2線式的氧傳感器，通常接地線為黑色，測(cè)量它的接地電壓降時(shí)，應(yīng)取小于l00mV為佳，3線式和2線式的接地電壓檢測(cè)方法相同。針對(duì)4線式氧傳感器，因?yàn)橛袃筛拥鼐€，其中一根為加熱線的接地線，另一根則為信號(hào)線的接地線，故應(yīng)分別測(cè)量?jī)筛拥鼐€，以確定其是否正常。

5 測(cè)試氧傳感器信號(hào)

常用的氧傳感器測(cè)試方法有兩種：即丙烷加注法與急加速法。

1）最高信號(hào)電壓、最低信號(hào)電壓、混合氣濃度從濃到稀的信號(hào)響應(yīng)時(shí)間是丙烷加注法測(cè)試氧傳感器信號(hào)中需要檢測(cè)的3個(gè)參數(shù)，只要其中之一不符合規(guī)定，就必須更換氧傳感器。更換新的氧傳感器之后還需對(duì)這3個(gè)參數(shù)重新進(jìn)行檢測(cè)，用以判斷該氧傳感器是否完好。具體步驟如下：

（1）安裝連接丙烷加注的工具；

（2）把丙烷接到真空管入口處（對(duì)于有PCV系統(tǒng)或制動(dòng)助力系統(tǒng)的汽車(chē)應(yīng)在其連接完好的條件下進(jìn)行測(cè)試）；

（3）連接設(shè)置示波器；

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后在轉(zhuǎn)速2500r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)2～3min；

（5）使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；

（6）打開(kāi)丙烷開(kāi)關(guān)，緩慢加入丙烷，直到氧傳感器的輸出信號(hào)電壓上升（混合氣變濃），此刻運(yùn)行正常的燃油反饋控制系統(tǒng)將會(huì)試圖把氧傳感器的信號(hào)電壓向減?。ɑ旌蠚庾兿。┑内厔?shì)拉回，之后繼續(xù)緩慢加入丙烷，直至系統(tǒng)喪失使混合氣變稀的能力。繼續(xù)加注丙烷，直至發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由于混合氣濃度過(guò)高而下降到100～200r/min。整個(gè)操作過(guò)程必須完成在20～25s內(nèi)；

（7）使丙烷輸入端迅速移離真空管，從而形成極大的瞬時(shí)真空泄漏（這時(shí)會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)失速現(xiàn)象，屬正?，F(xiàn)象，不會(huì)影響測(cè)試結(jié)果），隨后關(guān)閉丙烷開(kāi)關(guān)；

（8）等示信號(hào)電壓波形移動(dòng)至示波器顯示屏的中央位置顯示時(shí)鎖定該波形，完成測(cè)試。接下來(lái)便可根據(jù)分析信號(hào)電壓波形結(jié)果來(lái)判斷氧傳感器是否合格；

合格氧傳感器輸出信號(hào)電壓波形應(yīng)如圖1所示，其3個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)必須符合表1所列參數(shù)值。而已損壞氧傳感器的輸出信號(hào)電壓波形則可能如圖2所示，由圖可知，最高信號(hào)電壓和最低信號(hào)電壓分別下降至427mV和-130mV，而混合氣濃度從濃到稀時(shí)的信號(hào)響應(yīng)時(shí)間卻延長(zhǎng)至237ms，故3個(gè)參數(shù)均不符合規(guī)定。測(cè)試時(shí)，我們可以從汽車(chē)示波器顯示屏上直接讀取到氧傳感器最高和最低信號(hào)電壓值，信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間也可以由示波器游動(dòng)標(biāo)尺讀出（汽車(chē)示波器特有的功能）。同時(shí)還會(huì)在汽車(chē)示波器屏幕上顯示測(cè)試數(shù)據(jù)值，這對(duì)波形分析非常有益。

圖1 合格氧傳感器的信號(hào)電壓標(biāo)準(zhǔn)波形

圖2 不合格氧傳感器的信號(hào)電壓波形

表1 氧傳感器信號(hào)測(cè)試參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

若關(guān)閉丙烷開(kāi)關(guān)之前，發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（即混合氣濃度至過(guò)濃狀態(tài)的時(shí)間）超過(guò)25s，原因可能是氧傳感器的溫度偏低，這就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)電壓的幅值偏低，同時(shí)還會(huì)延長(zhǎng)輸出信號(hào)下降的時(shí)間，帶來(lái)氧傳感器不合格的假象。所以，在檢測(cè)前需充分預(yù)熱氧傳感器（即發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為2500r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)2～3min )。若發(fā)動(dòng)機(jī)僅怠速運(yùn)轉(zhuǎn)5s，就可能有1個(gè)或2個(gè)以上參數(shù)不合格，但這種情況并不說(shuō)明氧傳感器已損壞，原因只是沒(méi)有滿足測(cè)試條件。

2）急加速法

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)2～6min，充分預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)和氧傳感器，之后讓發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)20s。

（2）將發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)在2s內(nèi)從全閉（怠速）至全開(kāi)1次，共進(jìn)行5～6次。注意不要使發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速超過(guò)4000r/min，只需用節(jié)氣門(mén)進(jìn)行急加速和全減速就可以了。

（3）鎖定顯示屏上的波形，接下來(lái)便可根據(jù)氧傳感器的最高、最低信號(hào)電壓值和信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間三參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)判別氧傳感器合格與否。在信號(hào)電壓波形中，升高段是由于急加速造成的，而下降段則是由急減速造成的。

6 氧傳感器檢測(cè)方法應(yīng)用實(shí)例

某捷達(dá)王CTX型轎車(chē)，出現(xiàn)排氣管冒黑煙故障。用故障診斷儀V.A.G1551檢測(cè)發(fā)現(xiàn)一個(gè)故障碼：氧傳感器信號(hào)不良。進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析，進(jìn)人08功能，監(jiān)測(cè)到氧傳感器信號(hào)電壓變化緩慢，冷卻液溫度正常，經(jīng)檢測(cè)氧傳感器加熱線電壓、內(nèi)加熱電阻值及接地電壓均符合標(biāo)準(zhǔn)。用示波器檢測(cè)顯示氧傳感器信號(hào)電壓一直變化在0.25 - 0.33 V之間，氧傳感器信號(hào)電壓低于0.45 V，檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明混合氣濃度過(guò)稀，但現(xiàn)在排氣管冒黑煙，顯然說(shuō)明氧傳感器已損壞。更換氧傳感器后，試車(chē)故障排除。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的氧傳感器檢測(cè)方法，簡(jiǎn)單方便，步驟明確，易于掌握，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，基本能解決氧傳感器常見(jiàn)故障并予以排除，達(dá)到有效控制噴油量，減少排氣中有害氣體成分，從而減少環(huán)境污染的目的。

[1] 王遂雙.汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的原理與檢修[M].北京:北京理工大學(xué)出版社.

[2] 嵇偉.自動(dòng)變速器故障診斷與檢測(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.