汽車氧傳感器的故障分析

摘 要：汽車行業是目前在國際上應用傳感器最大的市場之一，而氧傳感器申報的專利數，居汽車傳感器的首位。因而可根據氧傳感器所得到的信號，把它反饋到控制系統，來微調燃料的噴射量，使A/F控制在最佳狀態，既大大地降低了排污量，又節省了能源。

關鍵詞：氧傳感器； 故障； 檢查

中圖分類號：TP212.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）10-179-001

汽車氧傳感器是電噴發動機控制系統中關鍵的傳感部件，主要用于控制汽車尾氣排放、降低汽車對環境污染、提高汽車發動機燃油燃燒質量。實際應用的氧傳感器課分為三種，即氧化鋯式氧傳感器、氧化鈦式氧傳感器和新型寬帶氧傳感器；按引線多少可以分為單引線氧化鋯式氧傳感器、雙引線氧化鈦式氧傳感器和三根引線氧化鋯式加熱型和非加熱型氧傳感器。

一、氧化鋯式氧傳感器的構造和工作原理

氧傳感器是利用陶瓷敏感元件測量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學平衡原理計算出對應的氧濃度，達到監測和控制爐內燃燒空燃比，保證產品質量及尾氣排放達標的測量元件，均安裝在發動機排氣管上。用來控制汽車尾氣排放、降低汽車對環境污染、提高汽車發動機燃油燃燒質量。氧傳感器有個二氧化鋯（一種陶瓷）制造的元件，其里外都鍍有一層很薄的白金。陶瓷化鋯體在一端用鍍薄鉑層來封閉。后者被插到保護套中，并安裝在一個金屬體內。保護套起到進一步保護作用，并使傳感器得以安裝到排氣歧管上。陶瓷體外部暴露在排氣中，而內部與環境大氣相通。

氧傳感器在低溫時有很高的電阻，會導致電流不能通過；但高溫時，由于空氣中和廢氣中氧的濃度差異，氧離子卻能通過這個元件，這就產生了電位差，再利用白金將其放大。且濃度差越大，電位差越大。如果混合氣濃，傳感器產生相對較強的電壓（約0.9伏）。相反，如果混合氣稀，大氣和廢氣之間氧濃度差很小，傳感器也就只產生相對較弱的電壓（約0.1伏）。由于混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOX的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU發出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。ECU把高電壓信號看作濃混合氣，而把低電壓信號看作稀混合氣。

二、汽車氧氣傳感器的檢查方法

1.氧傳感器加熱器電阻的檢查

拔下氧傳感器線束插頭，用萬用表電阻檔測量氧傳感器接線端中加熱器接柱與搭鐵接柱之間的電阻，其阻值為4-40Ω（參考具體車型說明書）。如不符合標準，應更換氧傳感器。

2.氧傳感器信號反饋線路的檢查

斷開氧傳感器的信號線，用一只手去連接電腦一側的信號，另一只手去觸摸蓄電池的正極，這時應該可以從儀器中清楚地看到氧傳感器的信號電壓變成0.9V；利用同樣的方法，用手觸摸蓄電池的負極，電壓應變為0.1V，出現這樣的情況才是正常的。

3.氧傳感器反饋電壓的測量

測量氧傳感器的反饋電壓時，應拔下氧傳感器的線束插頭，對照車型的電路圖，從氧傳感器的反饋電壓輸出接線柱上引出一條細導線，然后插好線束插頭，在發動機運轉中，從引出線上測出反饋電壓。對氧傳感器的反饋電壓進行檢測時，最好使用具有低量程（通常為2V）和高阻抗（內阻大于10MΩ）的指針型萬用表。

對于氧傳感器有無損壞的檢查，通過拔下氧傳感器的線束插頭，使氧傳感器不再與電腦連接，反饋控制系統處于開環控制狀態。將萬用表電壓檔的正表筆直接與氧傳感器反饋電壓輸出接線柱連接，負表筆良好搭鐵。在發動機運轉中測量反饋電壓，先脫開接在進氣管上的曲軸箱強制通風管或其他真空軟管，人為地形成稀混合氣，同時觀看電壓表，其指針讀數應下降。然后接上脫開的管路，再拔下水溫傳感器接頭，用一個4-8KΩ的電阻代替水溫傳感器，人為地形成濃混合氣，同時觀看電壓表，其指針讀數應上升。也可以用突然踩下或松開加速踏板的方法來改變混合氣的濃度，在突然踩下加速踏板時，混合氣變濃，反饋電壓應上升；突然松開加速踏板時，混合氣變稀，反饋電壓應下降。如果氧傳感器的反饋電壓無上述變化，表明氧傳感器已損壞。

4.氧傳感器外觀顏色的檢查

通過觀察氧傳感器頂尖部位的顏色也可以區分故障。通常氧傳感器的頂尖如果是淡灰色就是正常的；硅污染會變成白色，此時必須更換氧傳感器；鉛污染會變成棕色頂尖，如果嚴重，也必須更換氧傳感器；積碳會造成黑色，在排除發動機積碳故障后，一般可以自動清除。

三、汽車氧氣傳感器的運用分析

1.一輛捷達轎車，配有三元催化轉化器。用戶反映該車在測量尾氣排放時，排放指標嚴重超標。根據該車的故障現象，做了以下檢查項目：檢查火花塞，調出故障碼，檢查氧傳感器線路及其信號，更換氧傳感器，利用燃油壓力表測量噴射系統壓力，檢查噴油器電阻、噴油霧化狀態，點火、噴油線路連接狀況后，將發動機恢復后試車，故障依舊。在更換三元催化轉化器，燃油，發動機電腦后也無濟于事，該車故障部位很難判斷。

抱著試試看的想法，拆下排氣歧管進行檢查，并與新的排氣歧管進行比較，發現該車裝氧傳感器的排氣取樣孔偏小，換上新的排氣歧管檢測，各項指數顯著降低，路試后，尾氣排放合格。

由此可以判定故障部位就是排氣歧管上的氧傳感器排氣取樣孔。由于從氣缸內排出的廢氣處于高速流動狀態，行至氧傳感器取樣孔處時形成渦流，導致排出的廢氣不能及時在此處更新，使氧傳感器不能準確地向發動機電腦反饋同步信號，造成發動機電腦不能根據實際工況對噴油脈寬進行正確修正，最終出現了發動機工作異常，尾氣排放超標的故障。

2.通過廢棄濃度分析以及氧傳感器電壓的變化分析，對診斷特定故障會大有幫助。例如有些車輛在出現故障時，CO的排放量會高于1.5%，HC的排放量會高于0.02%。此時如果氧傳感器電壓在0.7～0.9V以上變化，且CO超標，則說明故障不在氧傳感器，因為當空氣流量信號值過大、燃油壓力過高及冷卻液溫度過低時，都會造成CO排放值過高。若氧傳感器信號電壓在0.1～0.3V之間變化，且CO、HC值超標時，應重點檢查排氣管及排氣歧管是否漏氣。當發動機尾氣中CO偏低、HC、NOx偏高時，應認真檢查發動機接地電位及氧傳感器接地線電壓，可能是發動機接地不良或氧傳感器接地線路開路造成。而電腦在接收到濃信號后，會根據程序進行減稀控制，這樣實際進入發動機的混合氣也就會始終偏稀，造成怠速工作不穩。由于混合氣偏稀，在發動機用簡易工況法檢測時，因有大量氧氣存在，排放中的NOx極易超標。

氧傳感器信號不正常不一定是氧傳感器本身的故障，氧傳感器信號故障，往往會表現出看似是氧傳感器損壞的現象，但一定要認真檢查與氧信號相關的諸多因素，逐一排除，才能準確判斷故障。