淺談氧傳感器數據流在發動機故障診斷排除中的應用

劉良 劉福華 王詩平 陳丹

摘 要：氧傳感器是發動機電控系統中監測和監控發動機排放性能的重要傳感器，該傳感器的數據能真實反映混合氣的濃度和燃燒情況是否良好，因此，在現代汽車檢測與維修中，合理分析氧傳感器的數據流更容易找出汽車故障原因，對診斷與排除發動機燃油控制方面的故障有比較重要的意義。

關鍵詞：氧傳感器；數據流；故障

數據流是電子控制單元（ECU）與傳感器和執行器之間交流的數據參數，在某個特定時間汽車工作狀況的數據塊，又稱保持幀。電控發動機中氧傳感器隨時監測著廢氣中的氧濃度，將電信號反饋給ECU，ECU則根據反饋來的信號及時修正噴油量（噴油脈寬），使得混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比始終保持在理論空燃比14.7附近。如果供入氣缸的混合氣空燃比偏濃或者偏稀，廢氣中的氧濃度就會偏少或者偏多，氧傳感器信號就會有所變化。

除此之外，燃燒狀況也會影響氧傳感器的信號，氧傳感器自身故障或者控制系統故障也會導致氧傳感器信號異常。氧傳感器信號電壓是能直接反映混合氣空燃比大小或者燃燒過程完善程度，因此，通過解碼器讀取氧傳感器的數據流并加以分析，對診斷和排除電控發動機相關故障有重要意義。

1 氧傳感器的結構和原理

氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種結構。車用的氧化鋯式傳感器就是一個微電池，其基本工作原理是：在一定條件下，利用氧化鋯內外兩側（內側為大氣，外側為廢氣）的氧濃度差，產生電位差，且濃度差越大，電位差越大。

當混合氣較濃時，內外側氧濃度差大，在電極之間產生大約為0.6～1V的高電壓，ECU經過放大處理后，可得知噴油量偏多，為濃混合氣；當混合氣較稀時，內外側氧濃度差較小，在電極之間產生大約為0.1～0.3V的低電壓，ECU經過放大處理后，可得知噴油量偏少。

由于氧傳感器只有在高溫時（端部達到300℃以上）才能正常工作并輸出電壓，所以目前氧傳感器都有加熱裝置以便其快速進入工作狀態。

2 氧傳感器數據流分析在發動機故障診斷中的應用

2.1 氧傳感器數據分析

氧傳感器的數據流是對廢氣中氧濃度的實時監測，能真實反映空燃比濃度并及時作出修正，當λ值為0.97～1.04時，廢氣中的氧（O2）含量在1%～2%范圍內，CO2在13.8%～14.8%，正常的氧傳感器信號電壓應該在0.1～0.9V之間變化，并10秒內應變化8次以上。下游氧傳感器的信號電壓正常值一般大于0.7V，否則說明發動機處理廢氣的三元催化器轉換裝置失效。

如果λ值小于1時，混合氣偏濃，導致燃燒不充分，使得廢氣中含有大量的HC及CO，O2含量小于1%，氧傳感器信號電壓大于0.45V，ECU由此判斷混合氣過濃，從而控制噴油器減小噴油脈寬，此時混合比λ控制值或短期燃油修正系數將為負數，部分車輛會存儲混合氣濃的故障碼。

當λ值大于1時，混合氣偏稀，燃燒較完全，使得廢氣中的CO及CO2含量較低，HC及O2含量高，O2含量大于2%，氧傳感器信號電壓小于0.45V。

ECU由此判斷混合氣稀，從而控制噴油器增加噴油脈寬，此時混合比λ控制值或短期燃油修正系數為正值。當混合氣過稀時，燃燒速度過緩，導致燃燒過程太長，在進氣門打開時進入進氣管燃燒，也就是回火故障。

同時，HC在排氣管中的發生二次燃燒，使排氣中的O含量極低，氧傳感器輸出電壓偏高，ECU判斷出混合氣過濃，從而控制噴油器減小噴油脈寬，使得實際混合氣更稀的惡性狀況出現。

當發動機點火系統故障造成缺火時，汽缸內的混合氣燃燒不完全，廢氣中HC及O2含量較高，氧傳感器輸出電壓值低于0.45V，ECU由此得知混合氣偏稀，則會增加噴油器噴油脈寬，使得工作正常的汽缸混合氣偏濃，發動機反而會出現工作不穩定故障。

2.2 故障診斷分析

氧傳感器的工作電壓不正常可能引起加速不良、發沖、冒黑煙和有時熄火等故障。在發動機水溫達到正常以中速（1500～

2000r/min）運轉時，氧傳感器信號電壓應該在0.1～0.9V之間，并10秒內應變化8次以上。若該信號電壓變化緩慢或不變化或數值異常，則說明氧傳感器或控制系統有故障。

如果氧傳感器工作電壓過高，一直顯示在0.6V以上，則表明混合氣一直偏濃，應該進一步檢查和排除以下問題：

1）噴油器是否泄漏；

2）燃油壓力是否過高；

3）活性炭罐的電磁閥是否常開；

4）空氣質量計或進氣壓力傳感器是否信號偏高；

5）傳感器加熱故障或氧傳感器是否臟污。

如果氧傳感器工作電壓過高，即一直顯示在0.3V以下，則表明混合氣一直偏稀，應該進一步檢查和排除以下問題：

1）噴油器是否堵塞；

2）空氣質量計或進氣壓力傳感器是否信號偏低；

3）燃油壓力是否過低；

4）進氣系統是否有漏氣；

5）傳感器加熱故障或氧傳感器是否臟污。

3 總結

氧傳感器是發動機控制系統重要的傳感器之一，是正確反映混合氣濃度是否恰當，并閉環控制發動機控制系統進行短期燃油修正值與長期燃油修正值。氧傳感器數據流分析的關鍵是認識數據流異常的原因，也就是說要認識數據流的本質問題。只有正確分析氧傳感器的數據流，才能找到真正的故障所在，科學合理并快速查找到故障。

參考文獻：

[1] 郭彬.數據流分析及在汽車故障檢測診斷中的應用.江蘇科學技術出版社，2008.

[2] 楊邦朝，簡家文，張益康.氧傳感器與現代生活[J].世界產品與技術，200l（1）.

[3] 楊邦朝，簡家文等.氧傳感器原理與進展[J].傳感器世界，2002（8）.

[4] 王宏偉，氧傳感器的結構原理與故障分析[J].內燃機，2005（1）.

作者簡介：劉良（1981-），男，漢族，四川高縣人，2005年6月畢業于重慶大學機械工程學院車輛工程專業，2010年12月西華大學在職研究生畢業，工程碩士，講師，研究方向：汽車檢測維修、汽車電控技術。