卡羅拉轎車氧傳感器故障分析

【摘要】隨著節能減排的技術要求越來越高，世界各國對汽車尾氣排放標準要求越來越嚴格。氧傳感器是現代汽車控制廢氣排放、提高燃油經濟性，電噴汽車實現閉環控制的重要傳感器之一，發動機的氧傳感器是發動機用于調節空燃比信號，氧傳感器故障會造成燃油消耗增大，發動機工作異常，不但造成經濟損失還會造成大氣污染。而氧傳感器一旦出現故障，將使電子燃油噴射系統的電腦不能得到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對空燃比進行反饋控制，發動機進入開環控制。會使發動機油耗和排放污染增加因此，必須及時的進行故障檢測和排除故障或更換。

【關鍵詞】氧傳感器；排放；空燃比

緒 論

汽車給人們的生活帶來了很大的便利，但是汽車尾氣又污染了我們的生活環境。隨著汽車排放法規的出臺，能夠有效減排的汽車氧傳感器就這樣產生了。汽車氧傳感器的作用是使發動機得到最佳濃度的混合氣，從而達到降低有害氣體的排放量和節約燃油之目的。本文介紹汽車氧傳感器的作用并結合實例對汽車氧傳感器故障作出分析。

1.汽車氧傳感器的作用

為最大程度的發揮有三元催化器發動機的排氣凈化性能，必須將空燃比保持在理論空燃比附近很窄的范圍內。氧傳感器能探測出排氣內氧氣的濃度是否較理論空燃比時較濃或者較稀。次傳感器多數安裝在排氣歧管中，但是安裝位置和安裝數量隨發動機而不同。

氧傳感器內含有一件用陶瓷型材料二氧化鋯元件制成的元件。此元件的內測和外側都包有一層鉑的薄覆蓋層。環境大氣被引導至傳感器的內測，傳感器的外側則直接暴露在排期中。

出于高溫時（400℃），如果鋯元件內部表面上氧氣濃度與外部表面上的氧氣濃度相差太大時，此鋯元件將產生電壓。

而且，鉑是有催化作用，它能促使廢棄中氧氣和一氧化碳之間產生化學反應。這樣可減少廢棄中含氧量。增加了傳感器敏感性。當空氣-燃油混合氣較稀時，廢氣中氧氣甚多。因為傳感器內、外氧氣濃度就沒有多大差別，鋯元件產生的電壓很小（接近0V）。相反，當空氣-燃油混合氣較濃時，廢棄中幾乎無氧。正因如此，傳感器內、外側氧氣濃度之差很大，鋯元件就產生相對而言的大電壓（約1V）。

根據此傳感器輸出的OX信號，發動機ECU去增加或減少燃油噴射量，使平均空燃比保持在理論空燃比附近。有些鋯制的氧傳感器配有加熱器來加熱鋯元件。此加熱器也是由發動機ECU控制。當進氣量低時（就是排氣溫度低），就向加熱器輸送電流來加熱傳感器。

2.氧傳感器的安裝

前氧傳感器的位置如圖1所示。

圖1

拆卸氧傳感器：斷開氧傳感器連接器（圖2），使用專用工具拆下氧傳感器。

圖2

安裝順序與拆卸相反，安裝時注意力矩。

后氧傳感器的位置如圖3所示。

圖3

3.氧傳感器的檢測

氧傳感器的電路圖如圖4：

圖4

1）對氧傳感器加熱電阻的檢查，傳感器側線束如圖5

圖5

檢測儀鏈接條件狀態

B15-1--B15-220℃5-10Ω

B15-1--B15-4始終10kΩ或更大

2）對氧傳感器加熱電源的檢查，如圖6

圖6

檢測儀鏈接條件狀態

B15-2--車身搭鐵點火開關置于ON位置9-14V

3）對氧傳感器加熱線束的檢查，如圖7

圖7

標準電阻值（斷路檢查）

檢測儀鏈接條件狀態

B15-1--B31-109始終小于1Ω

B15-3--B31-112始終小于1Ω

B15-1--B31-90始終小于1Ω

標準電阻值（短路檢查）

檢測儀鏈接條件狀態

B15-1或B31-109--車身搭鐵始終10kΩ或更大

B15-3或B31-112--車身搭鐵始終10kΩ或更大

B15-1或B31-90--車身搭鐵始終10kΩ或更大

4.故障案例

案例1：

1）故障現象

一輛卡羅拉轎車，行駛里程8萬多公里，車主講述車輛加速沒有以前順暢，車輛怠速有輕微的振動，發動機故障燈時亮時不亮，油耗增多。

2）故障檢測與診斷

接車后據車主反映情況，對車輛初步檢查。通過解碼儀讀取故障。故障數據顯示混合氣過濃或過稀，從而得到大概的故障部位在進氣系統、燃油供給系統、點火系統。可能部件為空氣流量計、水溫傳感器、節氣門位置傳感器、油壓調節器、點線圈、高壓線、火花塞及氧傳感器。本著先易后難的原則逐一進行檢測，推斷故障所在。

a）進氣系統的檢修

空氣濾清器無堵塞，各真空管路，曲軸箱強制通風管路五泄露。

b）燃油供給系統檢修

如果燃油壓力過高或過低，噴油器工作不良，都會引起上述故障。用汽油壓力表測量燃油壓力怠速為225kPa。停車后短接電動汽油泵，測得的靜態油壓為304kPa，5分鐘后燃油系統的保持壓力為196kPa。說明電動汽油泵工作良好，噴油器無泄漏。拆下噴油器臺試，噴油量和噴油狀況都沒問題，故障也不在此。

c）點火系統檢修

點火系統工作不正常會引起燃燒不充分，發動機動力下降，油耗增加。拆下火花、點火線圈進行檢查，發現除了火花塞有點黑和電極燒蝕外，其它的都在技術要求的范圍之內。車輛行駛了8多萬Km，火花塞燒蝕不足為奇，但發黑則為燃燒不充分或混合氣過濃引起。再進一步檢查發現，各個火花塞都是一樣，很均勻，這就可能是發動機噴油量控制不好而引起的問題了。

d）氧傳感器的檢修

根據電路圖，斷開發動機ECU與氧傳感器的聯接，對氧傳感器進行檢測，測量左右兩邊的主氧傳感器加熱元件的電阻，都在5～10Ω之間，沒有問題，接著測量B15-2對搭鐵的電壓在9～14V之間，也沒有問題。讀取氧傳感器數據流，發現數據無變化，懷疑氧傳感器不工作，拆卸氧傳感器進行檢查，發現氧傳感器表面發黑。由于氧傳感器不能正常地把信號反饋給發動機ECU，不能對噴油器的噴油肪寬進行控制和修正，產生混合氣過稀、過濃現象，導致出現了前訴問題。最后更換2個氧傳感器和火花塞后，試車故障再也沒有出現。

案例2：

1）故障現象

有一輛卡羅拉轎車，行駛過程中出現排氣管冒黑煙、油耗高、怠速不穩等故障現象。

2）故障檢測與診斷

用專用解碼儀檢查發動機故障碼與數據流，出現空氣流量傳感器故障碼，懷疑空氣流量傳感器有故障，但測量空氣流量傳感器的線路及電阻都正常，動作測試顯示空氣流量傳感器數據正常。進一步檢查數據流，查氧傳感器的電壓值為0.1V～0.2V間變動，（正常的應該是電壓在0.1～0.9V之間來回變動）電壓變動范圍很小，就說明氧傳感器未起效用。拆卸后發現氧傳感器頂尖部位的顏色是“棕色”。

這種現象是氧傳感器中毒，尤其是經常使用含鉛的汽車，即使新的氧傳感器，也只能工作幾千公里。但往往是由于過高的排氣溫度，而使鉛侵入其內部，阻礙了氧離子的擴散，使氧傳感器失效，失效后的氧傳感器不能把真實的混合氣濃度信號傳給發動機控制單元，造成噴油量不準確，就會造成上述故障現象。發動機控制單元在比較空氣流量傳感器測量的進氣信號和氧傳感器測量的錯誤的混合氣濃度信號后，就會認為空氣流量傳感器所測量的信號不準確，于是就記錄了這個故障。由于氧傳感器失效后傳給發動機控制單元的信號并不是沒有，只是不準確，所以發動機控制單元也沒有儲存氧傳感器的故障信號。

更換氧傳感器后故障排除。

案例3：

1）故障現象

有一輛2007款卡羅拉，已經行駛4萬公里，日常維修保養都安要求完成。在行駛的過程中發現故障燈點亮。來我店進行維修。

2）故障檢測與診斷

連接診斷儀，發現P0033氧傳感器加熱器控制電路高電位故障碼。進一步檢查發動機運轉數據，啟動發動機，利用解碼儀讀取數據流，發現短期燃油修正沒有變化，也能驗證氧傳感器故障。

根據故障碼，參照維修手冊中氧傳感器的相關電路圖進行檢查。具體步驟如下：首先，檢查加熱型氧傳感器加熱電阻B15-1--B15-2電阻值2kΩ，異常；B15-1--B15-4 10kΩ以上，正常。其次檢查加熱型氧傳感器電源，B15-2--車身搭鐵，當點火開關置于ON位置時為12V以上，正常；然后檢測線束和連接器，由傳感器到ECM端，斷路檢查B15-1--B31-109始終小于1Ω。短路檢查，B15-1或B31-109--車身搭鐵始終10kΩ以上，正常。確定為氧傳感器加熱器損壞。更換氧傳感器后，故障排除。

氧傳感器在發動機燃油控制的閉環控制中起到反饋的作用，如果氧傳感器的信號失效，會導致空燃比失效，從而排放增高。因此，在發動機電控系統中，氧傳感器是重要的傳感器之一。氧傳感器失效或者是控制電路出現故障會導致發動機故障燈點亮，并設置相應故障碼。發動機ECM會根據發動機的燃燒狀況來控制加熱器的電流，也就是說，發動機負荷低排氣溫度低，加熱器電流會增加。當發動機負荷高排氣溫度高時，加熱器的電流小，甚至會停止工作。所以當發現氧傳感器性能故障時，首先必須檢查加熱控制或加熱電阻是否正常工作，它是傳感器工作的必要條件。