發動機氧傳感器檢測與分析

申小勛

摘 要：氧傳感器作為減少排放污染，提高汽車燃油經濟性能的設備，已廣泛裝配在安裝三元催化劑的汽車上。如果燃燒室內可燃混合氣燃燒不充分，廢氣中含有大量CO、HC和NOX有害氣體，三元催化劑的凈化能力將急劇下降，降低汽車燃油經濟性能和污染大氣，所以在排氣管中和三元催化劑后端（有的是單氧傳感器，只在排氣管中安有氧傳感器）安裝氧傳感器，通過氧傳感器檢測排氣中氧的濃度，向發動機控制單元發出信號，再由發動機控制單元控制噴油脈寬，增減噴油量，把可燃合氣控制在空燃比理論值附近。文章主要介紹了氧傳感器類型，工作原理，以及對它故障的簡單判斷、檢測與分析。

關鍵詞：氧傳感器；空燃比；檢測；分析

中圖分類號：TK407 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0183-02

Abstract： As a device for reducing emission pollution and improving the economic performance of automobile fuel， oxygen sensors have been widely assembled on vehicles with three yuan catalyst. If the combustion chamber combustible mixed gas incomplete combustion， gas containing large amounts of CO， HC and NOX harmful gas purification capacity of three yuan catalyst will decline sharply， reducing the fuel economy performance and air pollution. Therefore， in the exhaust pipe and three element catalyst back-end （some single oxygen sensor， only in the exhaust pipe is installed oxygen sensor） oxygen sensor is installed， the concentration of oxygen in the exhaust oxygen sensor， sends a signal to the engine control unit， then the engine control unit controls the fuel injection pulse width， increase or decrease the amount of fuel injection， the combustible gas burning near the control than the theoretical value in the air. This article mainly introduces the type of oxygen sensor， the working principle， and the simple judgment， detection and analysis of its fault.

Keywords： oxygen sensor； air fuel ratio； detection； analysis

隨著經濟發展和人們生活水平的提高，汽車已經進入到千家萬戶，成為生產生活的必需品。同時，汽車尾氣排放作為大氣的主要污染源，近幾年，越來越被人們所關注。汽車尾氣已經成為大氣主要污染源之一，其有害成分一氧化碳CO、碳氫化合物HC、氮氧化物NO、硫化物SO以及微粒物質給人們生產生活帶了嚴重影響；其中CO、HC和NO是汽車污染控制的主要大氣污染成分。汽車尾氣凈化的主要方法是利用催化劑將其有害成分CO、HC和NO 通過化學反應轉化成為無害的CO2、H2O和N2。為了減少有害氣體排放，必須把空燃比控制在理論值（14.7：1），實際上，可燃混合氣不可能絕對在這一比例，所以利用氧傳感器、發動機控制單元、燃油噴射系統構成的閉環控制系統成為關鍵。同時，使用三元催化劑進一步減少有害氣體的排放。

1 氧傳感器結構

1.1 二氧化鋯式氧傳感器

二氧化鋯式氧傳感器是將氧化鋯燒結成試管狀并在內側和外側鍍鉑金電極，其內側注入大氣并使氧濃度保持一定，而外側則處于接觸排氣的狀態。如圖1。

氧化鋯傳感器內側通大氣，外側裸露在排氣中。如果陶瓷體內側大氣中含氧量與陶瓷體外側的氧含量不同時，在氧化鋯內、外兩側電極間就產生一個電壓。當混合氣稀時，排氣中氧含量多，兩側氧濃度差小，只產生小的電壓；相反，混合氣濃時電壓增大。在理論空燃比附近，電壓有突變，氧傳感器起到一個濃、稀開關的作用。

1.2 二氧化鈦式氧傳感器

二氧化鈦式氧傳感器是利用TiO2材料的電阻值隨排氣中的氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。

當排出的廢氣中氧濃度隨發動機混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之改變， 輸出電壓降也隨著變化。混合氣過濃，輸出電壓低；混合氣過稀，輸出電壓高。混合氣稀與濃所對應的電壓和氧化鋯式氧傳感器的輸出電壓相反。濃的混合氣對應低的輸出電壓，稀的混合氣對應高的輸出電壓。輸出信號電壓的范圍有兩種，一種是在0～1V之間變化，另一種在0～5V之間變化。

2 氧傳感器的故障檢測

以一輛2011款捷達轎車，發動機故障燈點亮，發動機抖動，并伴隨油耗升高為例。此車采用雙氧傳感器系統，上游和下游氧傳感器均為四線式。氧傳感器一般有單線、2線、3線、4線幾種形式。單線為氧化鋯式氧傳感器，輸出線為信號線（通過外殼搭鐵）；2線為氧化鈦式氧傳感器，其中一根線為信號線，另一根線為搭鐵錢；3線和4線為氧化鋯式氧傳感器。3線和4線的區別是：3線通過外殼搭鐵，4線有專門的搭鐵線。endprint

2.1 解碼器檢測

通過專用解碼器或通用解碼器檢測故障碼，一般為氧傳感器電位過高或信號缺失，也可以通過電腦檢測數據流。

2.2 檢測加熱元件

在室溫下，用萬用表檢測插頭上T4c/1與T4c/2之間的電阻，在常溫下該阻值應為1-5Ω。如果常溫下該阻值為零或無窮大，則說明加熱元件有短路和斷路現象，應該更換氧傳感器。

2.3 檢測傳感器加熱元件的電源電壓

加熱元件的電壓為蓄電池電壓，打開點火開關后，檢測插頭上T4c/1與T4c/2之間的電壓，電壓值應不低于11V。

2.4 檢測傳感器的信號電壓

氧傳感器正常工作必須使發動機溫度高于60℃，自身溫度高于300℃，且發動機在怠速工況和部分負荷工況下工作。使發動機在高速運行2分鐘左右，用數字萬用表檢測T4c/3與T4c/4的輸出電壓，應在0～1之間變換。否則，氧傳感器故障，應予以更換。

2.5 檢測氧傳感器的信號變化頻率

由于氧傳感器輸出信號為0～1伏的電壓，可用一個二級管測試。將一個二級管和一個300Ω的電阻串聯在傳感器T4c/3與T4c/4端子連接的導線，氧傳感器正常工作時，二級管會不停的閃爍，且閃爍頻率每分鐘應不低于10次，否則說明氧傳感器失效，應更換傳感器。在檢測過程中，要適當選用數字式萬用表和指針式萬用表。

在對2011款捷達轎車按如上檢測方法進行檢測，T4c/1與T4c/2端子電阻阻值為118Ω，不在標準值范圍內，更換氧傳感器后試車，故障指示燈熄滅，發動機運轉正常。

3 氧傳感器的故障分析總結

氧傳感器出現故障時，時常會伴隨發動機抖動，發動機故障指示燈點亮，且油耗升高等現象。當出現如上故障現象時，應首先用解碼器進行檢測，查出氧傳感器故障碼后，再對氧傳感器進行檢測。但有些情況下，ECU會誤以為是氧傳感器的故障，把氧傳感器的故障碼儲存起來。所以在對氧傳感器進行檢測的同時，還應從其他因素進行考慮。例如，發動機在怠速狀態下，節氣門開度增大，節氣門開度傳感器便向ECU輸入一個當前節氣門開度的實際信號電壓，ECU控制燃油系統增大噴油脈寬，提高噴油量，而如果有節氣門臟污的情況，實際的進氣量小于理論進氣量，混合氣過濃不能充分燃燒，廢氣中的含氧量增大。當氧傳感器檢測到廢氣，輸出大的電壓值，ECU會誤認為是氧傳感器出了問題，將故障碼存儲在ECU中。當我們用解碼器檢測后，就會誤以為是氧傳感器的故障，這時候，即便我們更換氧傳感器，故障依舊。

參考文獻：

[1]劉春暉，曹宇航.汽車發動機維修必會技能200問[M].機械工業出版社，2014.

[2]王宏偉.氧傳感器的結構原理與故障分析[M].機械工業出版社，2005.

[3]楊維俊.汽車傳感器維修技術[M].化學工業出版社，2017.

[4]國樹文.傳感器檢測技術在汽車電控發動機中應用[J].科技創新與應用，2016（28）：146.endprint